HAFİF AGREGALI BETONLARIN MEKANİK ÖZELİKLERİ VE ISI YALITIMI. YÜKSEK LİSANS TEZİ İnşaat Müh. Hakan KONUK. Anabilim Dalı : İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ

Transkript

1 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ HAFİF AGREGALI BETONLARIN MEKANİK ÖZELİKLERİ VE ISI YALITIMI YÜKSEK LİSANS TEZİ İnşaat Müh. Hakan KONUK Anabilim Dalı : İNŞAAT MÜHENDİSLİĞİ Programı : YAPI MÜHENDİSLİĞİ OCAK 2003

2 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ HAFİF AGREGALI BETONLARIN MEKANİK ÖZELİKLERİ VE ISI YALITIMI YÜKSEK LİSANS TEZİ İnşaat Müh. Hakan KONUK Tezin Enstitüye Verildiği Tarih : 23 Aralık 2002 Tezin Savunulduğu Tarih : 16 Ocak 2003 Tez Danışmanı : Diğer Jüri Üyeleri Doç. Dr. Canan TAŞDEMİR Prof.Dr. Saim AKYÜZ (İTÜ) Prof.Dr. Turan ÖZTURAN (B.Ü.) OCAK 2003

3 İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ TABLO LİSTESİ ŞEKİL LİSTESİ SEMBOL LİSTESİ ÖZET SUMMARY ii v vi vii viii x 1. GİRİŞ Genel Bilgiler Hafif Betonların Sınıflandırılması Hafif Agregaların Sınıflandırılması Ülkemizdeki Hafif Agregaların Durumu ve Ponza Taşı Hafif Agregası Araştırmanın Konusu Çalışmanın Ana Hatları 9 2. KONU İLE İLGİLİ LİTERATÜR ve ÇALIŞMALAR Betonun Mekanik Davranışı Agreganın Betonun Mekanik Özeliklerine Etkisi ile İlgili Çalışmalar Sürekli Fazın Etkisi Elastik Davranış Elastik Olmayan Davranış Hafif Betonların - eğrileri Hafif Betonların Diğer Özelikleri ve Etkileyen Faktörler Depreme Dayanıklılık Su Emme Miktarı Donmaya Dayanıklılık Isıl Genleşme Isı Yalıtımı Yangına Dayanıklılık Ses Emme Hafif Beton Basınç Mukavemetinin Tahmin Edilmesi ile İlgili Çalışmalar Hafif Betonlar Üzerinde Yapılmış Bazı Araştırmalar DENEYSEL ÇALIŞMALAR Kullanılan Malzemeler Agregalar Kum Kırmataş Ponza Taşı Çimento Özelikleri 35 iii

4 Fiziksel Özelikler Kimyasal Özelikler Kimyasal Katkılar Süperakışkanlaştırıcı Katkı Hava Sürükleyici Katkı Beton Karışımları Kabul Edilen Esaslar Bileşim Hesapları Betonun Üretimi, Karıştırma, Yerleştirme ve Saklanması Betonlara Uygulanan Deneyler Taze Beton Deneyleri Mekanik Deneyler Basınç Dayanımı Deneyi Yarma Dayanımı Deneyi Isıl İletkenlik Deneyi DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ Birim ağırlık ile Basınç Dayanımı Arasındaki İlişki Birim ağırlık ile Yarılma Dayanımı Arasındaki İlişki Birim ağırlık ile Elastisite Modülü Arasındaki İlişki Birim ağırlık ile Isı İletkenlik Arasındaki İlişki GENEL SONUÇLAR 52 KAYNAKLAR 53 ÖZGEÇMİŞ 58 iv

5 TABLO LİSTESİ Sayfa No Tablo 1.1. Hafif Beton Sınıfları Tablo 1.2. İşlevlerine Göre Hafif Betonların Sınıflandırılması.. 6 Tablo 1.3. Karakteristik Dayanıma Göre Gazbetonların Sınıflandırılması... 6 Tablo 2.1. Normal Betona ve Çeşitli Hafif Betonlara Ait Isı İletkenlik Tablo 2.2. Katsayıları Yangın Görmüş Donatılı Gazbeton Panel İçindeki Donatıların Mekanik Özelikleri ve Standard Değerlerle Karşılaştırılması Tablo 2.3. Farklı Hafif Betonların Özelikleri Tablo 2.4. Hafif Betonların Mekanik Özeliklerinin Karşılaştırılması Tablo 3.1. Kumun Özelikleri.. 33 Tablo 3.2. Kırmataş 1 in Özelikleri.. 34 Tablo 3.3. Ponza Taşı nın Granülometrisi 34 Tablo 3.4. Ponza Taşı Birim Ağırlıkları. 35 Tablo 3.5. Ponza Taşı Hafif Agregalarının Su Emme Değerleri Tablo 3.6. Agrega Karışım Oranları.. 38 Tablo 3.7. Beton Karışımındaki Gerçek Malzeme Mikatarları ve Taze Beton Özelikleri Tablo 3.8. Sertleşmiş Beton Özelikleri Tablo 3.9. Betonların Isı İletkenlik Değerleri v

6 ŞEKİL LİSTESİ Sayfa No Şekil 1.1 : Hafif betonların sınıflandırılması... 4 Şekil 2.1 : Agrega, sertleşmiş çimento hamuru ve betonun basınç altında 11 gerilme-şekil değiştirme eğrileri... Şekil 2.2 : Betonun basınç altında gerilme-şekil değiştirme eğrisi Şekil 2.3 : Tek eksenli çekme ve basınç etkisinde betonda agreganın normal veya hafif olması durumuna göre oluşan kırılma çizgilerinin görünüşü Şekil 2.4 : Sürekli faz mukavemetinin fonksiyonu olarak hafif beton basınç mukavemeti Şekil 2.5 : Hafif betonun kırılmasının modelle açıklanması Şekil 2.6 : Hafif betonun kırılma durumlarının şematik gösterimi Şekil 3.1 Şekil 3.2 Şekil 3.3 Şekil 3.4 Şekil 4.1 Şekil 4.2 : Beton agregasının granülometrik bileşimi... : Silindir basınç dayanımı ve eksenel şekil değiştirme deneyi... : Silindir yarma dayanımı deneyi... : TS 388 e göre plaka metodu ile ısı iletkenliğinin tayini için deney düzeneği. : Hafif betonların birim ağırlıkları ile basınç dayanımları arasındaki ilişki.. : Hafif betonların birim ağırlıkları ile yarılma dayanımları arasındaki ilişki Şekil 4.3 : Hafif betonların birim ağırlıkları ile elastisite modülleri arasındaki ilişki.. 48 Şekil 4.4 : Hafif betonların (Birim ağırlık) 3/2 x (Basınç dayanımı) 1/2 ile elastisite modülleri arasındaki ilişki 48 Şekil 4.5 : Hafif betonların birim ağırlıkları ile ısı iletkenlik katsayıları arasındaki ilişki Şekil 4.6 : Gazbetonun ısı iletkenlik katsayısının yoğunlukla değişimi Şekil 4.7 : Gazbetonun rutubet içeriği ile ısl iletkenlik katsayısı arasındaki bağıntı vi

7 SEMBOL LİSTESİ ε : Eksenel Şekil Değiştirme C : 1 m 3 yerleşmiş betondaki çimento hacmi (dm 3 ) f c : Basınç Dayanımı (N/mm 2 ) f t : Yarma Dayanımı (N/mm 2 ) : Normal Gerilme (N/mm 2 ) W : 1 m 3 yerleşmiş betondaki suyun ağırlığı (kg) V a : 1 m 3 yerleşmiş betondaki agrega hacmi (dm 3 ) : Poisson oranı : Özgül Ağırlık (kg/m 3 ) : Birim Ağırlık (kg/m 3 ) d max : En büyük dane boyutu R : Korelasyon Katsayısı : Isı İletkenlik Katsayısı (W/mK) Q : Isıtıcı Plakaya Beslenen Elektrik Gücü (Watt) l : Numune Kalınlığı (m) A : Isıtıcı Plaka Alanı (m 2 ) T : Yüzeyler Arasındaki Sıcaklık Farkı ( o C veya K) vii

8 ÖNSÖZ Yüksek lisans tez çalışmalarım esnasında bana emeği geçen bütün hocalarıma ve danışman hocam Doç. Dr. Canan TAŞDEMİR e, araştırma görevlisi arkadaşlarım Nilüfer ÖZYURT ve Özkan ŞENGÜL e, İTÜ Makine Fakültesi öğretim üyesi hocam Yrd. Doç. Dr. Erhan BÖKE ye, İTÜ İnşaat Fakültesi Yapı Malzemesi Labaratuarı çalışanlarına ve tabii ki aileme teşekkürü borç bilirim. Şubat, 2003 Hakan KONUK ii

9 ÖZET HAFİF AGREGALI BETONLARIN MEKANİK ÖZELİKLERİ VE ISI YALITIMI Hafif betonların konutlarda kullanımı özellikle yalıtım özelikleri nedeniyle çok önemlidir. Yapılarda kullanılan hafif agregalı betonlar, normal agrega yerine hafif agrega kullanılarak elde edilir. Türkiye de doğal olarak en çok bulunan hafif agregalar ponza, volkanik tüf ve volkanik küldür. Sarıkamış, Ağrı, Van, Bitlis, Kayseri ve Nevşehir bölgelerinde bulunan ponza rezervinin yaklaşık 15 milyar m 3 olduğu tahmin edilmektedir. Ponza diğerlerine göre daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Genelde, hafif betonları üretmek için yapay hafif agregalar kullanılır. Henüz Türkiye de ve dünyanın diğer bölgelerinde yaygın olarak bulunmamaktadır. Bununla birlikte, yapay hafif agrega endüstrisi geliştirilmeden önce, bol bulunan doğal agrega rezervlerinin kullanılması göz önünde bulundurulmalıdır. Doğal hafif agregalar, yapay olanlara göre daha düşük dayanıma sahiptirler. Buna rağmen, eğer nem etkisine karşı gerekli tedbirler alınırsa, çatı döşemeleri ve duvar panelleri gibi orta dayanıma ve düşük ısı iletkenliğe sahip betonarme yapısal elemanlar doğal hafif agregalar kullanılarak üretilebilir. Örneğin, Türkiyenin deprem riski altındaki bölgelerinde hafif betonların kullanımı, depremin neden olduğu momentleri ve yatay yükleri azaltmada faydalı olabilir. Hafif betonları üretmede yaygın olarak kullanılan 3 yöntem vardır. Birincisi, normal agrega yerine özgül ağırlığı düşük, gözenekli hafif agregaların kullanılmasıdır. Sonuç olarak elde edilen beton da hafif agregalı beton olarak isimlendirilir. İkinci yöntemde, harç veya betonda büyük boşluklar oluşturulur. Bu tip betonlar havalı, hücreli, köpüklü veya gaz beton gibi değişik isimlerle bilinirler. Hafif betonları üretmede kullanılan üçüncü yöntemde ise karışımdaki ince agrega çıkarılır ve sadece iri agrega kullanılır. Bu tip betonlar da ince agrega içermeyen betonlar olarak isimlendirilir. Ponza açık renklidir ve bütün ponza türleri volkanik kökenlidir, özgül ağırlıkları da bölgesine göre 700 ile 900 kg/m 3 arasında değişmektedir. Bunlarla, birim ağırlığı 700 ile 1400 kg/m 3 arasında değişen iyi yalıtım özelliklerine fakat yüksek su emme ve rötre özeliklerine sahip orta dayanımda betonlar üretmek mümkündür. Bu çalışmada, 2-16 mm. boyutlarında ponza hafif agregası Nevşehirden getirildi. Homojen hafif agrega elde etmek için sadece suda yüzen taneler beton dökümünde kullanıldı. Ponza agreganın su emmesi, 30 dakikadan sonra kuru ağırlığının %15 iydi. Karışım oranlarının hesaplanmasında mutlak hacim yöntemi kullanıldı. Ponza agregalı betonların taze birim ağırlığı 700 ile 1900 kg/m 3 arasında 200 kg/m 3 adımlarla değişmekteydi. Böylece 7 beton karışımı hazırlandı. Karışımların hepsinde etkin su/çimento oranı 0.43 dü. Maksimum agrega boyutu 16mm. de sabit tutuldu. Agrega karışımının granülometri eğrisi A16-B16 referans eğrilerinin arasındaydı. viii

10 Yaklaşık aynı işlenebilmeyi sağlamak için de süperakışkanlaştırıcı katkı kullanıldı. Düşük birim ağırlığa sahip (700 kg/m 3, 900 kg/m 3, 1100 kg/m 3 ve 1300 kg/m 3 ) betonlarda hava sürükleyici katkı kullanıldı. 700 kg/m 3 birim ağırlığa sahip betonlarda, birim ağırlığı düşürmek için kum kullanılmadı. Bu çalışmada üretilen ponza hafif agregalı betonlarda, betonların birim ağırlığı ile basınç dayanımları arasında iyi bir lineer ilişki bulunmaktadır. Elastisite modülü ile (birim ağırlık) 3/2 x (basınç dayanımı) 1/2 arasında 0.99 korelasyon katsayısına sahip iyi bir ilişki elde edildi. Normal agrega yerine ponza hafif agrega kullanılmasıyla basınç dayanımları MPa. ve elastisite modülleri de GPa arasında oldu. 900 kg/m 3, 1100 kg/m 3 ve 1300 kg/m 3 birim ağırlığa sahip betonların ısı iletim katsayısı ( ), plaka metodu test tekniği ile belirlendi. Deney sonuçları ile gaz betonlar için geliştirilen = x, ( =birim ağırlık, kg/m 3 ) bağıntısı kullanılarak hesaplanan sonuçlar arasında iyi bir lineer ilişki vardır. ix

11 SUMMARY THERMAL INSULATION AND MECHANICAL PROPERTIES OF LIGHTWEIGT AGREGATE CONCRETES The use of lightweight concretes in residential structures is very important especially for their good insulating properties. The structural lightweight aggregate concretes are obtained by substituting the normal concrete aggregate with lightweight aggregate. Pumice, volcanic tuff and volcanic cinders are the most abundant natural lightweight aggregates in Turkey, where pumice reserves in the region of Sarıkamış, Ağrı, Van, Bitlis, Kayseri and Nevşehir are estimated to be 1,5 billion cubic meters. Pumice is more widely used than any of the others. Generally artificial lightweight aggregates are used for structural lightweight concrete, but artificial ones are not yet available in Turkey and other parts of the world. However, before an artificial lightweight aggregate industry is developed, in these areas, these abundant natural lightweight aggregate reserves should be considered for possible utilisation. Natural lightweight aggregates do have lower strengths and endurance compared with artificial ones. In spite of this fact if necessary precautions against moisture effects are taken, it is possible to produce reinforced concrete structural elements such as roof slabs and wall panels of moderate strength and of low thermal conductivity using natural aggregates. The use of lightweight reinforced concrete in the earthquake-prone areas of Turkey, for example, can also be beneficial in reducing the lateral forces and moments caused by earthquakes. There are three widely used methods for producing lightweight concrete. In the first one, porous lightweight aggregate of low particle density is used instead of ordinary aggregate. The resultant concrete is generally known as the lightweight aggregate concretes. The second method of producing lightweight concrete relies on introducing large voids within the concrete or mortar mass. This type of concrete is variously known as aerated, cellular, and foamed or gas concrete. Third method of obtaining lightweight concrete is by eliminating the fine aggregate from the mixture, coarse aggregate is generally used. This concrete described as therm of no-fines concrete. Pumice is light-coloured and all kinds of pumice lightweight aggregates are of volcanic origin with a particle density in region of 700 to 900 kg/m 3. It is possible to make a moderate strength concrete with a density of 700 to 1400 kg/m 3, and with good insulating characteristics, but having high absorption and shrinkage. Pumice lightweight aggregate brought from Nevşehir and had a size range of 2 to 16 mm. In order to obtain a homogeneous lightweight aggregate, only particles that floated on water were used in the casting of the concrete. The water absorption of the Pumice aggregate after 30 minutes was 15 percent with respect to its dry weight. The absolute volumes was used in calculating the mix proportions. The fresh unit weights x

12 of pumice aggregate concretes were changed from 700 to 1900 kg/m 3 in steps of 200 kg /m 3. Thus seven concrete mixtures were obtained. All seven mixtures had an effective water-cement ratio of The maximum particle size of aggregate was kept constant at 16 mm. The grading curve of combined aggregate was chosen between A16-B16. A superplasticiser was used to maintain approximately the same workability. An air-entraining agent was used in concretes with the unit weight (700,900,110,1300 kg/m 3 ) in order to reduce the unit weight of the concrete. No sand was used in the concrete with a unit weight of 700 kg/m 3. For the pumice lightweight aggregate concretes produced in this investigation, there is a good linear relation between compressive strength and unit weight of concrete. Good correlation between the modulus of elasticity and (unitweight) 3/2 x (compressive strength) ½ is also obtained with a correlation coefficient of The replacement of normal aggregate by the pumice lightweight aggregate results in compressive strengths ranging from 1.4 to 18.7 MPa and modulus of elasticity from 1.6 to 19.5 Gpa. The thermal conductivity coefficient of pumice concretes with the unit weights of 900,1100 and 1300 kg/m 3 were determined using a plate test technique. There is a good linear relation between the experimental values obtained and the calculated values using the relation of = 0,00027 x - 0,011 developed for autoclaved aerated concretes, where is the unit weight in kg/m 3. xi

13 1. GİRİŞ 1.1. Genel Bilgiler Beton, günümüzde en yaygın kullanılan bir yapı malzemesidir. Joseph Aspdin in 1824 yılında Portland çimentosunu bulmasıyla birlikte başlayan ve 1800 lü yılların sonlarına doğru betonarme, 1930 lu yıllarda da öngerilmeli beton yapı sistemlerinin geliştirilmesiyle hızlanan süreçte beton vazgeçilmez bir yapı malzemesidir. Beton özelikleri sürekli geliştirilmekte, kullanım alanları gittikçe artmakta ve yeni uygulama konuları gündeme gelmektedir. Beton; çimento, agrega, su ve bazende katkı malzemelerinin biraraya getirilmesiyle oluşturulan kompozit bir malzemedir. Çimentonun su ile birleşmesi ile oluşan çimento hamuru agrega tanelerinin yüzeyini kaplayarak ve taneler arasındaki boşlukları doldurarak bağlayıcılık görevini yapar. Agrega ise betonun iskeletini oluşturan kum, çakıl, kırmataş gibi taneli mineral malzemedir. Agreganın maliyeti çimentoya göre oldukça düşük olduğundan betonda bir dolgu malzemesi olarak kabul edilebilir, ancak agrega kullanmanın tek sebebi beton üretiminde ekonomi sağlamak değildir. Agrega aynı zamanda betona önemli teknik avantajlar sağlar; beton, çimento hamuruna göre hacim sabitliğini daha iyi korur ve çevre etkilerine karşı daha dayanıklı olur. Ayrıca taze betonun işlenebilmesi, pompalanabilmesi, beton içerisindeki hava miktarı da agrega tarafından belirlenir [1]. Heterojen bir yapıya sahip olan betonun özelikleri kullanılan malzemelerle yakından ilgilidir. Beton hacmini yaklaşık %60-%85 ini oluşturan agreganın niteliği oldukça önemlidir. İyi beton elde edebilmek için uygun agrega kullanılması gerektiği bilinen bir gerçektir. Agreganın kimyasal ve mineralojik bileşimi, petrografik yapısı, özgül ağırlığı, dayanımı, fiziksel ve kimyasal kararlılığı, boşluk yapısı, rengi gibi özelikleri elde edildiği kayacın özeliklerine bağlıdır. Ancak genellikle agreganın tane şekli ve boyutları, yüzey yapısı ve su emmesi gibi özelikleri göz önüne alınır. 1

14 Beton iyi bir taşıyıcı olmasına karşın birim ağırlığı büyük, dolayısıyla ısı iletkenlik katsayısı yüksektir. Normal betonun birim ağırlığının düşürülmesiyle betonarme elemanın öz ağırlıkları azaltılıp yapı hafifletilebilir. Böylece taşıyıcı sistem elemanlarının kesitleri küçültülerek ekonomi sağlanabilir. Diğer yandan yurdumuzun büyük çoğunluğunun 1. derece deprem riski taşıyan bölgelerde bulunması gözönüne alındığında, yapıların öz ağırlıklarının hafifletilebilmesi yapıya etkiyen deprem yükünü azaltacak ve dolayısı ile olası depremlerdeki yapı hasarları da azaltılmış olacaktır. Ayrıca betonda birim ağırlığın azaltılmasıyla ısı iletkenlik katsayısı küçülür ve betonun ses yutuculuğu artar. Betonun birim ağırlığının azaltılması başlıca üç yolla yapılır [1, 2]: i. Normal agregaların yerine boşluklu olan doğal veya yapay hafif agregaların kullanılmasıyla üretilen hafif agregalı betonlar, ii. Beton içinde fiziksel veya kimyasal yolla büyük miktarda boşluk oluşturularak üretilen gaz ve köpük betonlar, iii. Betonun ince agregasını çıkarmak yoluyla üretilen kumsuz betonlar. Görüldüğü gibi günümüzde çok kullanılmakta olan hafif betonları üretmek için beton içinde çeşitli yöntemlerle boşluk oluşturmak genel bir kuraldır. Ancak boşluk oluşturma ya harç içinde veya iri agrega daneleri arasında veya agreganın içinde yapılır. Hafif betonların normal betonlara göre üstünlükleri şöyle özetlenebilir; Birim hacimdeki toplam malzeme ağırlığının azalması nedeniyle beton kalıbında daha düşük basınç oluşur, üretim ve yerleştirme kolaylaşır. Hafif betonla üretilen elamanların düşük birim ağırlıkları nedeniyle yatay ve düşey yapı yükleri azalır, bu azalma ile temeller ve diğer yapı elemanları daha küçük boyutlarda yapılarak ekonomi sağlanır. Isı iletkenlik katsayıları düşük, ısı ve ses yalıtımları yüksektir. Yangın bakımından normal betona göre daha elverişlidir. Yüksek çekme dayanımı / basınç dayanımı oranına sahip olması nedeniyle rötre süresince çatlama meydana gelme olasılığı düşüktür [3]. 2

15 Hafif betonların normal betonlara göre sakıncaları ise şöyle özetlenebilir; Boşluklu olmaları nedeniyle mukavemetleri düşüktür. Bu nedenle yüksek mukavemetli beton uygulamalarında tercih edilen bir malzeme değildir. Aşınmaya karşı dayanıksızdırlar. Rutubete karşı yalıtım gereklidir. Elastiklik modülü düşük değerler alır. Sünme ve rötre normal betona göre daha yüksektir Hafif Betonların Sınıflandırılması Hafif betonların sınıflandırılması, genellikle hem birim ağırlık hem de dayanıma göre yapılmaktadır. Yalıtım betonlarından taşıyıcı olanlara kadar bütün hafif betonların özellikle birim ağırlık bakımından sınıflandırılmasında değişik kabuller vardır. Birim ağırlıkları 1840 kg/m 3 ü geçmeyen ve 28 günlük silindir basınç dayanımı 17 N/mm 2 yi aşan betonlar hafif beton sınıfına girerler [4]. Ancak ülkemizde ve diğer bazı ülkelerin standartlarında hafif beton birim ağırlığının 1900 kg/m 3 e çıkmasına izin verilir [5, 6]. Genel olarak hafif betonların birim ağırlıklarının pratik değişim aralığı kg/m 3 tür [1]. Taşıyıcı hafif betonların birim ağırlığı kg/m 3 arasında değişmekte, çoğunlukla birim ağırlık kg/m 3 arasında kalmaktadır. Dayanımları 7 17 N/mm 2 arasında olan betonlar yalıtım betonu ile orta mukavemetli beton sınıfına girerler [1, 7]. Hafif betonları fonksiyonlarına göre üç ayrı gruba ayırmak mümkündür [1, 2, 8] : a. Yalıtım betonları b. Orta mukavemetli betonlar c. Taşıyıcı betonlar DIN 1045 [10] e göre betonlar birim ağırlıklarına göre şöyle sınıflandırılırlar: Hafif betonlar : Birim ağırlık < 2000 kg/m 3 Normal Betonlar : 2000 kg/m 3 < birim ağırlık < 2800 kg/m 3 Ağır betonlar : Birim ağırlık > 2800 kg/m 3 3

16 Diğer taraftan yine birim ağırlıklarına göre bütün betonların sınıflandırılması şu şekilde yapılır: 1) Birim ağırlığı kg/m 3 arasında olan betonlar hafif betondur. (TS 2823 [9] de alt sınır 1000 kg/m 3 ve üst sınır 1300 kg/m 3, :DIN 1045 [10] de ise hafif betonların birim ağırlığı kg/m 3 arasında değişmektedir.) 2) Birim ağırlığı kg/m 3 arasında olanlar ne hafif ne de normal betonlardır. Bazı yayınlarda olduğu gibi bu aralıktaki betonlara yarı hafif beton adı verilebilir [11, 12, 13]. Alman literatüründe [12, 13] çoğunlukla hafif normal beton diye geçen taşıyıcı yarı hafif betonların birim ağırlığı kg / m 3 arasındadır. Bu değerler yukarıda görüldüğü gibi DIN 1045 [10] deki normal betonun alt sınırıdır. 3) Birim ağırlığı kg/m 3 arasında olan betonlarda normal beton sınıfına girerler. Şekil 1.1 de ponza taşı hafif betonunun orta dayanımlı bir beton olduğu, yalıtım betonlarının ise perlit ve vermikülit hafif agregasıyla üretilen betonlar olduğu gösterilmektedir. Yalıtım betonları Orta dayanımlı betonlar Taşıyıcı hafif betonlar Birim ağırlık (kg/m 3 ) Dayanım aralığı.( MPa) (7-14 MPa) (17-41 MPa) Vermikülit Ponza taşı Sinterlenmiş uçucu kül Agrega tipi Perlit Volkanik cüruf Genişletilmiş kil veya şist Genişletilmiş cüruf Diğer hafif betonlar Gaz ve köpük betonlar Kumsuz beton(hafif beton) Kumsuz beton Şekil 1.1. Hafif betonların sınıflandırılması [71] (Normal beton) Şekil 1.1 de görüldüğü gibi gaz ve köpük betonları hem yalıtım hem de orta dayanımlı beton olarak adlandırılır. 4

17 Birim ağırlığı geniş bir aralıkta değişen hafif betonları sahip oldukları basınç dayanımlarını da göz önüne alarak Tablo 1.1 deki gibi sınıflandırmak da olasıdır. Bu betonların S1 sınıfındakilerden esas olarak ısı yalıtımının sağlanmasında, kısmen de taşıyıcı olarak yararlanılır. S2 ve S3 betonları orta dayanımlı betonlardır, yalıtım özelikleri de vardır. S4, S5 ve S6 betonları ise taşıyıcı hafif betonlardır. Bunlar birçok ülkede taşıyıcı beton olarak kabul edilirler. Örnek olarak, ASTM C330 standardında 28 günlük silindir basınç dayanımının 17 MPa dan küçük olmaması, birim ağırlığının ise 1840kg/m 3 değerini aşmaması öngörülür. Avrupa standartlarında da benzer tanımlar vardır. Tablo 1.1. Hafif beton sınıfları Hafif Beton Sınıfı Birim Ağırlık (kg/m 3 ) Basınç Dayanım Aralığı (MPa) S S S S S S Taşıyıcı hafif beton olarak tasarlanmayan S1 ve S2 sınıflarına ait olanlar duvar işlerinde kullanılır. Böylece yapının toplam ağırlığında önemli bir azalmanın olmasıyla depreme karşı dayanıklılıkta da belirgin katkı sağlanır. Sınıf 4 ve üstü için endüstriyel yolla üretilen yapay hafif agregaların kullanılması gerekir [72]. RILEM in önerilerine göre [73] hafif betonlar Tablo 1.2 deki gibi sınıflandırılabilir. Bazı ülkelerde Sınıf I betonunda en düşük basınç dayanımının 17 MPa ın üstünde olması öngörülmekle birlikte diğer bazı ülkelerde ulusal standardlar sadece 15 MPa ın üstünü zorunlu kılar. Bu son değer çok sayıdaki ülke için yaygındır. 5

18 Tablo 1.2. İşlevlerine göre hafif betonların sınıflandırılması [73] Sınıf I II III Hafif betonun türü Taşıyıcı Taşıyıcı ve yalıtım Yalıtım Fırın kurusu birim ağırlık (kg/m 3 ) Basınç dayanımı (MPa) Isı iletim Katsayısı (W/mK) < 2000 Koşul konmamış Koşul konmamış > 15,0 > 3,5 > 0,5 - < 0,75 < 0,30 Birçok ülke standardında I ve II sınıflarına yönelik en büyük birim ağırlık için genel bir sınırlama getirilmemiştir. Tasarım ve sınıflandırma için koşul konmuş olan değerler basınç dayanımı ve ısı iletim katsayısıdır. Gazbetonların karakteristik dayanıma göre sınıflandırılması Tablo 1.3 de yapılmaktadır. Tablo 1.3 de görüldüğü üzere gazbetonlar mukavemet bakımından üç gruba ayrılmış olup fırın kurusu birim ağırlığın üst sınır değeri 1000 kg/m 3 tür. Birim ağırlığı 1000 kg/m kg/m 3 aralığındaki hafif ve normal betonlarda ısı iletim katsayısı W/mK arasında değişmektedir [69]. Tablo 1.3. Karakteristik dayanıma göre gazbetonların sınıflandırılması [75] Özelik Düşük Orta Yüksek Basınç dayanımı (MPa) Elastisite Modülü (MPa) Kuru birim ağırlık (kg/m 3 ) Isıl iletkenlik (kuru) (W/mK) < 1,8 < < 0,10 1,8-4, ,06-0,14 > 4 > > 0, Hafif Agregaların Sınıflandırılması Hafif beton üretiminde en çok başvurulan yöntem, hafif agrega ile birim ağırlığı istenen düzeyde tutmaktır. Hafif beton üretiminde kullanılan hafif agregalar üretildikleri malzemenin kaynağına ve kendi birim ağırlıklarına göre sınıflandırılırlar. Elde ediliş biçimlerine göre hafif agregalar dört ana grupta sıralanabilir: (a) Doğal hafif agregalar: Ponza taşı, volkanik tüf, volkanik cüruf parçacıkları gibi organik malzemeler. ve ağaç 6

19 (b) Doğal malzemelerden üretilen yapay hafif agregalar: Genleştirilmiş kil, genleştirilmiş şist, genleştirilmiş arduvaz, perlit, vurmikulit, ve styropor gibi polimer bazlı malzemeler. (c) Endüstriyel atıklardan üretilen hafif agregalar: Yüksek fırın cürufu, uçucu kül. (d) Endüstriyel atıkların işlenmesiyle üretilen hafif agregalar: Genleştirilmiş Yüksek fırın cürufu ve kızdırılmış uçucu kül. Hafif agregalar birim ağırlıklarına göre sınıflandırıldıklarında üretiminde kullanılacakları hafif betonun fonksiyonuna göre gruplanır. Bu gruplandırma şöyledir: Birim ağırlığı 400 kg/m 3 ten küçük olan hafif agregalar: Yalıtım betonlarının üretiminde kullanılırlar. Birim ağırlığı kg/m 3 arasında olan hafif agregalar: Yalıtım ve orta mukavemetli betonlarının üretiminde kullanılırlar. Birim ağırlığı 650 kg/m 3 ten büyük olan hafif agregalar: Taşıyıcı hafif betonlarının üretiminde kullanılırlar Ülkemizdeki Hafif Agregaların Durumu ve Ponza Taşı Hafif Agregası 1981 yılında MTA tarafından yayınlanan rapora göre ülkemiz doğal hafif agrega açısından zengindir. İstanbul Teknik Üniversitesi İnşaat Fakültesi Yapı Malzemesi Ana Bilim Dalı ve Bayındırlık Bakanlığı nın birlikte yaptıkları çalışmalara göre ülkemizdeki doğal hafif agregaların %57 sinin basınç dayanımların 10 N/mm 2 nin üzerindedir. Bu kalitedeki doğal hafif agregalar, orta mukavemetli ve taşıyıcı hafif beton üretimine uygundurlar. Ülkemizde yapay hafif agrega sanayisi kurulmasına geçilmeden önce büyük miktarda rezervi bulunan doğal hafif agregaların değerlendirilmesi sözkonusuydu. Doğal hafif agregalar ülkemizde granül halinde bulunduklarından üretimleri için bir sorun yoktur; ancak özelikleri çok değişkendir, yöresine bağlı olarak büyük farklılıklar sergilerler. Styropor (EPS) gibi polimer kökenli yapay hafif agregalar, üretimleri için yüksek yatırım maliyeti gerektirseler de sağladıkları yararlar ve çoğunun özelikle ambalaj malzemesi olarak kullanılıp tekrar değerlendirilmesi ekonomik açıdan oldukça önemlidir. Doğal hafif agregaların, taşıyıcı amaçlı yapay hafif agregalara göre daha 7

20 dayanıksız oldukları gerçeği ve teknolojinin gelişmesi ile yapay hafif agrega sanayisi de endüstrideki yerini almaya başlamıştır. [14] Ülkemizde en yaygın bulunan doğal hafif agrega ponza taşıdır. Kullanımı çok eskilere dayanan ponza taşının Romalılar zamanından beri kullanıldığı bilinmektedir [15]. Ergimiş lavın volkandan fışkırması sırasında açığa çıkan erimiş gazların hapsolmasıyla amorf yapılı ponza taşı parçacıkları oluşur. Bu nedenle agrega boşluklu ve dolayısıyla hafif olur. Ponza taşının boşluk miktarı %70 kadardır. Konutlarda hafif ve yarı hafif beton kullanmakla enerji yönünden de kazanç sağlanır. Konutlarda kullanılacak hafif agregalı taşıyıcı betonlar ses yutuculuğu bakımından da iyi çözümdür. Doğal hafif agregaların iklimi soğuk yöreler olan Orta ve Doğu Anadolu da çok miktarda bulunması da iyi bir rastlantıdır. Böylece hafif agregalı beton için gerekli olan agreganın üretiminde ayrıca bir enerjiye de gerek yoktur. Söz konusu yörelerde konut yapımı için kurulabilecek prefabrike elemanların üretimiyle ısı tasarrufu yönünden büyük yararlar sağlanabilir. Hafif beton yapı elemanlarının sağlayacağı ekonomi yanında kendi ağırlığının da azalması nedeniyle deprem kuşağında olan ülkemizde daha hafif ve güvenli yapılar üretilebilir. [16] 1.5. Araştırmanın Konusu Hem doğada bulunan hem de yapay olarak üretilen hafif agregalar her dane bölümünü içerir. Üretilmesi düşünülen hafif agregalı beton ya kesikli ya da sürekli granülometrili olur. Uygulamada daha az ayrışma gösteren sürekli granülometrili hafif betonlar tercih edilir. Sürekli granülometriye sahip normal betonun ince, orta ve iri agregalarının her bir bölümü tek tek veya oran aynı kalmak üzere bütün bölümlerinde hafif agrega ile değiştirme yapılabilir. Böylece her agrega bölümü kullanılmış olur. Bu sonuncu durumda her boyuttaki hafif agrega değerlendirilmiş olacağından ekonomi sağlanır. Bu çalışmada, kırmataş agregası ile aynı granulometriye sahip ponza taşının, toplam agrega hacmi aynı kalmak koşuluyla, karışım oranları ayarlanarak hafif ve yarı hafif betonlar üretilmiştir. Granülometride maksimum tane boyutu ve toplam agrega hacmi aynı tutulmuştur. 8

21 Bu çalışmanın amacı kısaca şöyle özetlenebilir: Çeşitli birim ağırlıklarda üretilen hafif agregalı betonların birim ağırlıkları ile basınç dayanımları, yarılma dayanımları ve elastisite modülleri arasındaki ilişkiyi belirlemek. Çeşitli birim ağırlıklarda üretilen hafif agregalı betonların birim ağırlıkları ile ısı iletkenlikleri arasındaki ilişkiyi saptamaktır Çalışmanın Ana Hatları Yapılan deneysel çalışmalarda nominal taze beton birim ağırlıkları kg/m 3 arasında değişen toplam 7 seri hafif ve yarı hafif beton üretildi. Etkin su / çimento oranı 0,43 olan bu karışımların hepsinde maksimum dane boyutu da sabit olup 16 mm. dir. Birim ağırlıkları 1900 kg/m 3, 1700 kg/m 3, 1500 kg/m 3, 1300 kg/m 3 ve 1100 kg/m 3 olan karışımlarda toplam agrega hacminin %30 u, birim ağırlığı 900 kg/m 3 olan karışımda toplam agrega hacminin %15 i kum olarak kullanıldı, birim ağırlığı 700 kg/m 3 olan karışımda ise hiç kum kullanılmadı. Bütün bu karışımlardaki toplam agrega hacmi de sabit tutuldu. Ayrıca bütün karışımlarda işlenebilirliği arttırmak ve ayrışmayı engellemek için çimento ağırlığının %1,5 i oranında süperakışkanlaştırıcı katkı kullanıldı. Birim ağırlığı 1300 kg/m 3 olan karışımda çimento ağırlığının %0,5 i oranında ve birim ağırlığı 1100 kg/m 3, 900 kg/m 3 ve 700 kg/m 3 karışımlarda ise çimento ağırlığının %1 i oranında hava sürükleyici katkı kullanıldı. Bu karışımlarla her seride 15x30 cm. boyutlarında 6 şar adet silindir numune üretildi. Bu numunelerin 4 er tanesi basınç dayanımı ve elastisite modüllerinin bulunması için kullanıldı, 2 şer tanesinden kesilerek elde edilen 15x10 cm. boyutlarında 6 şar adet disk numune de yarma dayanımlarının bulunmasında kullanıldı. Ayrıca birim ağırlıkları 1300 kg/m 3, 1100 kg/m 3 ve 900 kg/m 3 olan karışımlarla 3 er adet 80x80 cm. boyutlarında ve 3 cm. kalınlığında numuneler üretildi ve bu numuneler üzerinde ısı yalıtım değerleri saptandı. 9

22 2. KONU İLE İLGİLİ LİTERATÜR VE ÇALIŞMALAR 2.1. Betonun Mekanik Davranışı Beton; agrega, çimento ve agrega ile çimento hamuru arayüzeyinden oluşan üç fazlı bir kompozit malzeme olarak gözönüne alındığında malzeme özelikleri sadece bileşenlerin özeliklerine bağlı değildir. Heterojen bir malzeme olan betonun dayanımı 3 faktörden etkilenir [35]. Bunlar : i) Matrisin dayanımı (çimento hamurunun dayanımı), ii) Agreganın dayanımı, iii) Arayüzeyin dayanımı. Bu faktörlerden herbirinin çeşitli sınıflardaki betonların dayanımlarında etkileri farklıdır. Ancak agrega-çimento arayüzeyi betondaki en zayıf halka olarak kabul edilmektedir. Çimento hamuru ile agrega arasındaki temas yüzeyi, çimento hamurundan farklılıklar gösterir. Bu arayüzeyler betonun mekanik davranışında oldukça etkilidir [36]. Betonun dayanımını yitirmesi mikroçatlakların ortaya çıkmasıyla başlar. Agregaçimento hamuru arayüzeyi betonun basınç altında kısa süreli davranışlarını önemli ölçüde etkiler. Agrega ve hidrate olmuş çimento hamuruna ayrı ayrı yük uygulandığında gerilme-şekil değiştirme eğrileri hemen hemen lineer elastik bir cismin davranışına benzer. Ancak Şekil 2.1 de görüldüğü gibi betonun gerilme-şekil değiştirme eğrisi lineer değildir [37]. Betonun lineer olmayan davranışı agrega-çimento hamuru arayüzeyinin varlığını ortaya koyar ve en küçük yükte bile bu temas yüzeyindeki mikroçatlamayı gösterir. Agrega-çimento hamuru arayüzeyindeki bu mikroçatlaklar betondaki bir kusur olarak düşünülebilir. 10

23 Araştırmalar, agrega ile çimento hamuru arasındaki temas yüzeyinde çok küçük mikroçatlakların varlığını, bunların yük uygulanmadan önce bile bulunduğunu ortaya çıkarmıştır [27]. Betonun genel bir özelliği olan bu mikroçatlaklar iri agrega ile hidrate olmuş çimento hamurunun özeliklerinin farklı olmasından, kuruma rötresi sebebiyle oluşabilir. Yükleme öncesi mikroçatlaklar betonun düşük çekme mukavemetinden önemli derecede sorumludur [38] Agrega G erilm e N /m m 2 Gerilme (N/mm 2 ) Beton Ç im ento H amuru 0 ı ı ı Şekil Değiştirme ( 10-6 ) Şekil değiştirme ( 10-6 ) Şekil 2.1. Agrega, sertleşmiş çimento hamuru ve betonun basınç altında gerilme-şekil değiştirme eğrileri Betona yük uygulandığında basınç dayanımının %30 una kadar mikroçatlaklar yavaşça açılırlar. %30 un üzerinde bu bağ çatlaklarının uzunlukları, genişlikleri ve sayıları artmaya başlar. Bu aşamada çatlakların ilerlemesi yavaştır. Uygulanan gerilme düzeyi basınç dayanımının %50 sine kadar malzemede lineer elastik davranış görülebilir, yani yük kaldırıldığı zaman deformasyon tersinirdir. Gerilmenin basınç dayanımına oranı %70-%90 olduğu zaman çatlaklar çimento hamuru ile ince agregadan oluşan harç fazı içinde açılmaya başlar ve sayıları önemli ölçüde artar. Bu çatlaklar birleşerek sürekli çatlaklar oluştururlar ve bir çatlak ağı ortaya çıkar. Bu aşamada hızlı çatlak yayılması görülür [38]. Basınç dayanımının %90 ına ulaşıldıktan sonra ise bu bileşik çatlaklarda kararsız yayılış olur. 11

24 Bir çatlak ağı büyük ölçüde oluştuktan sonra betonun yük taşıma kapasitesi azalır. Şekil 2.2 de mikroçatlamanın şematik olarak açıklaması verilmektedir. 100 G erilm e ( % ) M atris çatlaklarının hızlı büyüm esi B ağ çatlaklarına ek olarak m atris çatlaklarının yavaş büyüm esi B ağ çatlaklarının yavaş büyüm esi S adece başlangıçta var olan bağ çatlakları yavaşça açılır. Şekil değiştirm e Şekil 2.2. Betonun basınç altında gerilme-şekil değiştirme eğrisi 2.2. Agreganın Betonun Mekanik Özeliklerine Etkisi İle İlgili Çalışmalar ACI komitesinin hafif betonlarla ilgili raporuna göre [39]; ince ve kaba agregaların dağılımlarının ve oranlarının beton üzerinde önemli etkileri vardır. İyi derecelenmiş agrega en az seviyede boşluk oluşturacak ve bu boşlukları doldurmak için en az düzeyde çimentoya ihtiyaç duyulacaktır. Bu durum ekonomik olabilecek ve mukavemetin artmasına, rötrenin azalmasına sebep olacaktır [40]. Genelde, betonda en fazla agrega hacmini elde etmek için, a) agreganın uygun granulometriye sahip olması, b) agregaların şeklinin kübik veya yuvarlak olmaları, c) agrega yüzeyinin en az düzeyde buşluklu olması gerekir. Bazı hallerde en büyük agrega boyutunun küçülmesi, çimento dozajında bir değişiklik yapmadan, beton mukavemetini arttıracaktır. 12

25 Taşdemir [16], normal betona ait sürekli bir geometrinin çeşitli bölümlerini ponza taşı ile değiştirerek yarı hafif ve hafif betonlar üzerinde çalışmış ve şu sonuçlara varmıştır: Birim hacim içinde hacmi aynı kalmak koşulu ile betonun agrega granülometrisinin hangi bölümü hafif agrega ile değiştirilirse değiştirilsin elastisite modülü değişmez. Hafif agrega kullanılarak normal betonun hafifletilmesi ile en az Poisson oranı, en çok elastiklik modülü azalır. Hafif agregalı betonlarda ortalama hafif agrega boyutu arttıkça, basınç mukavemetindeki birim kısalmalar azalır. Hafif agrega miktarı arttıkça betonun basınç mukavemeti düşer. Hafif betonlarda en büyük agrega boyutunun küçülmesi ilk 14 günde rötreyi arttırmakta, daha sonra rötrede bir değişiklik olmamaktadır. Zhang ve Gjorv[41] a göre, yüksek mukavemetli hafif beton üretiminde mukavemete etki eden en önemli özelik hafif agreganın mukavemetidir. Şehitoğlu [42] yaptığı çalışmada normal ve hafif betonlarda agrega konsantrasyonunu değiştirmiş ve normal betonlarda agrega konsantrasyonunun artmasıyla basınç mukavemetinin arttığını, hafif betonlarda ise azaldığını belirtmiştir. Arda [43] yaptığı çalışmada yüksek mukavemetli betonlarda agrega konsantrasyonunun artmasıyla betonun basınç mukavemetinin ve elastisite modülünün arttığını göstermiştir. Belirli bir su/çimento oranında karışımdaki agreganın yüzdesi arttıkça, betonun dayanımı da artmaktadır. Deneyler agreganın hacimce oranı beton hacminin %80 ine kadar çıktıkça beton dayanımınında arttığını göstermiştir [1]. Lydon ve Baledran [44], normal ve hafif agregalı betonlarda betonun elastik özeliklerini incelemişlerdir. Çalışmalarda agrega cinsini, agrega konsantrasyonunu ve harç fazını yani çimento/kum oranını değiştirmişlerdir. Bu çalışmalar sonucunda agrega cinsinin elastik özeliklere etki eden en önemli faktör olduğu görülmüştür. Hafif agregalı betonlarda agrega konsantrasyonunun artmasıyla elastisite modülü düşer. Normal agregalı betonlarda agrega konsantrasyonunun artmasıyla elastisite modülü artar. Aynı agrega hacmindeki karışımlarda harç fazının değişimi elastisite 13

26 modülünü değiştirmemektedir. Normal ve hafif agrega konsantrasyonunun artmasıyla Poisson oranında düşme gözlenmektedir. Argunhan [45], yaptığı çalışmada şunları saptamıştır: eğer agreganın birim ağırlığı dane çapı ile değişmiyorsa, DIN 1045 deki A-B sürekli granülometrileri veya U-C süreksiz granülometrileri arasındaki bölge en yüksek beton mukavemetlerini vermektedir [10]. Genellikle dane birim ağırlığı, maksimum dane çapı arttıkça azalmaktadır ve bu nedenle yukarda belirtilen granülometriler aynı zamanda en düşük birim ağırlığı verirler, fakat en iyi mukavemetleri vermezler. Agreganın kaba kısmının bir kısmı yerine ince kısım ikame edilecek olursa hem mukavemette hem de birim ağırlıkta artış elde edilir. Agreganın kaba kısmının bir bölümü yerine tabii kum ikame edilecek olursa sözü geçen artışlar daha büyük olur ve aynı zamanda malzeme masrafı azalmış olur. Ancak ikame edilecek bu kum miktarının bir üst sınırı vardır. Bunun daha üzerine çıkılması birim ağırlığın çok fazla artmasına neden olur. Bu üst sınır her bir agrega türü için deney ile bulunmalıdır. En büyük agrega boyutunun beton mukavemeti etkisi üzerine Neville [1]; normal betonda en büyük agrega boyutunun 38.1 mm. ye kadar olan değerlerinde, yüksek dozajlı betonlar için, mukavemette artmanın olduğunu; bu enbüyük boyuttan sonra boyuttaki artışla mukavemetin azaldığını; buna karşılık normal dozajlı betonlarda ise en büyük boyutun artması ile mukavemetin arttığını belirtmektedir. 25mm. veya 40 mm. nin üstünde en büyük boyuta sahip agrega kullanmanın özellikle ayrışmaya neden olması bakımından elverişli olmadığı aynı yazar tarafından savunulmaktadır. Diğer yandan agrega mukevemetinin bilinmesinin beton mukavemetinin saptanmasında önemi vardır. Normal betonda basınç mukavemetinin genellikle kaba agreganın mukavemetinden daha düşük olması nedeniyle nihai mukavemet harç mukavemetine bağlıdır. Hafif betonda ise agrega mukavemeti ya harç mukavemetine eşit ya da daha altında olması nedeniyle beton mukavemeti agrega mukavemeti tarafından tayin edilir. Bu yüzden hafif betonda her bir agrega türü için belirli bir mukavemet sınırı sözkonusu olur. Sell [46], beton mukavemetini hafif agrega mukavemetiyle tahmine çalışmış ve silikon kauçuk devamlı fazı içinde agrega danelerine tek eksenli, iki eksenli ve üç eksenli basınç deneyi uygulayarak agregaların bağıl mukavemetlerini belirlemiştir. 14

27 Tepfers ve arkadaşları [47]da benzer bir yöntemle içinde yağ bulunan bir kaba hafif agregaları terleştirerek basınç uygulamışlar, böylece değişik agregaların mukavemetleri arasında karşılaştırma olanağı sağlamışlardır. Grübl [48, 49] hafif agrega çekme mukavemetinin artmasıyla hafif beton mukavemetinin artacağını göstermiştir. Grübl, sözkonusu araştırmalarında agrega çekme mukavemetinin belirlenmesinde kullandığı deney tekniğini vermiş ve başka araştırmacıların bu doğrultudaki çalışmalarını özetlemiştir. ACI 213 [8] de ise hafif agrega danelerinin mukavemetinin, bunların kökenlerine ve tiplerine göre değişiklik gösterdiği, agreganın mukavemetinin belirlenmesi için niteliksel bir ölçünün olmadığı, betonun mukavemeti ile dane mukavemeti arasında net bir korelasyon bulunmadığı belirtilmiştir. Ayrıca en büyük agrega boyutunun betonun işlenebilirliğini, iri agrega/kum oranını, çimento dozajını, basınç mukavemetini, ve rötresini etkileyebileceği kaydedilmiştir. Yine bir araştırma sonucunda, düzgün yüzeyli agregaların köşeli ve pürüzlü yüzeye sahip olanlardan daha dayanıklı oldukları belirlenmiştir. Bu araştırmada en uygun biçimli danelerin küp veya küreye yaklaşanlar olduğu ortaya çıkmıştır [10]. ACI 211 de, hafif agregaya beton üretiminden önce bir ön emdirme uygulamakla taşıma sırasında ufalanmanın azalacağı, agregadaki ayrışmanın önleneceği ve beton kıvamının değişmeden kontrol edilebileceği belirtilmiştir. Betonda kullanılan hafif agregalarla ilgili olarak bazı standartlarda suda çözünen sülfat içeriği sınırlandırılmıştır. BS 3797 [50] da SO 3 ün %1 i, TS 1114 [51] de ise %1.5 i aşmaması gerektiği belirtilmiştir. Hafif agregada yanıcı madde miktarı için BS 3797 [50] de %4 ü, TS 1114 [51] de ise %5 i aşmaması istenmektedir Sürekli Fazın (matrisin) Etkisi Daha önceki bölümlerde de bahsedildiği üzere agrega, harç ve arayüzeyden oluşan beton basitleştirilmiş biçimde üç fazlı kompozit bir malzeme varsayılır. Normal betonda agreganın mukavemeti ve elastiklik modülü değerleri harcınkilerden daha büyüktür. Bu nedenle kırılma zayıf olan faz yüzünden oluşur. Hafif betonda ise tersi bir durum vardır, yani matrisin mukavemeti ve elastiklik modülü agreganınkilerden 15

28 daha büyüktür. Bundan dolayı hafif betonun kırılması da daha zayıf olan agregaların göçmesiyle oluşur. Normal betona karşın hafif betonda ek parametreler olarak agrega hacim konsantrasyonu ile danelerin gözönüne alınması gerektiğini Schulz [52] belirtmiştir. K. Newman ve J.B. Newman [53] a göre tek eksenli basınç ve çekme durumlarında, beton içindeki normal ve hafif agregalarda oluşan kırılma çizgileri Şekil 2.3. de görülmektedir. Basınç durumu için benzer bir değerlendirme Schulz [54] tarafından yapılmıştır. K ırılm a Ç izgileri N orm al agrega H afif agrega Şekil 2.3. Tek eksenli çekme ve basınca maruz betonda agreganın normal veya hafif olması durumuna göre oluşan kırılma çizgilerinin görünüşü Grübl [55] ve Wesche [21], Schulz un deney sonuçlarını değerlendirmişler ve bu araştırmacının çok sayıda hafif agrega kullanarak bu tür betonun kritik mukavemetini saptadığına değinmişlerdir. Şekil 2.4. de krtitik mukavemetlerin üstünde hafif agregalı betonun mukavemeti için regresyon doğruları görülmektedir. Sınır mukavemetler 30 N/mm 2 nin altındadır ve bu sürekli faz mukavemetine eşit beton mukavemetini göstermektedir. Bu şeklin incelenmesinden görüldüğü üzere, hafif beton mukavemetinin daima harç mukavemetinden düşük bulunacağı, harç mukavemetini daha da arttırmanın bir yararı olmayacağı, harç mukavemetini arttırmanın dayanıklı agregalarda faydalı olacağı açıktır. 16

29 B eton M ukavem eti, N /m m V olkanik C üruf G enişletilm iş kil 1 G enişletilm iş şist G enişletilm iş kül, volkanik G enişletilm iş kil 2 Ponza taşı, ağır Ponza taşı, hafif H arç M ukavem eti, N /m m 2 Şekil 2.4. Sürekli faz mukavemetinin fonksiyonu olarak hafif beton basınç mukavemeti Grübl [48, 49, 55], yaptığı çalışmalarda, hafif betonun basınç mukavemetini harç mukavemetinin arttırdığını fakat bu artışın az olduğunu belirtmiştir. Grübl ün açıklamaları şöyledir: Hafif betona dış basınç yükü uygulandığı zaman hafif agrega sınırında (yüke dik doğrultuda) çekme gerilmeleri oluşur. Şekil 2.5.a. daki m x (y), x doğrultusunda ve y ekseninde sürekli fazda oluşan gerilmeyi, m y (x), y doğrultusunda ve x ekseninde yine sürekli fazda oluşan gerilmeyi göstermektedir. Çekme kuvveti aşılınca bu gerilmeler harçda da çekmeye neden olur. Buna ek olarak agrega Fu çekme kuvetine maruz kalır (Şekil 2.5.b.). Çekme gerilmesi agreganın çekme mukavemetine erişince hafif agrega danesi çatlar. Çatlak boyundaki ani artma ile beton göçer. Bu durumda hafif betonun basınç mukavemeti, agreganın çekme mukavemetine bağlı olur. Grübl ün hafif betonun kırılma davranışını açıklamak için ileri sürdüğü bu model başka araştırıcılar tarafından da birçok kez kullanılmıştır. Örneğin Zaitsev ve Witmann [56] da normal betondaki delik ve kusurları incelemek için böyle bir modelden yararlanmıştır. Bilindiği gibi bu model homojen ve sonsuz levhadaki delik problemidir. 17

30 P y P 1 M (y) x M y (x) Ç atlak + A grega 2 2' x F u A grega F u 1' M atris M atris P P (a) (b) Şekil 2.5. Hafif betonun kırılmasının modelle açıklanması Grübl yaptığı başka bir çalışmada [55] şu görüşlere yer vermiştir (Şekil 2.6.): Eğer matris ile hafif agrega arasında bağ mukavemeti yüksek ise yük daneye aktarılır. Bağ mukavemeti aşıldıktan sonra çatlak dane etrafında danenin sınırı boyunca dolanır. Grübl, buna birleşik kırılma (kırılma durumu II) adını vermiştir. Eğer agrega, matris içindeki ilk çatlak oluşuncaya kadar çatlamadan kalırsa II, III ve IV kırılma durumları ortaya çıkar. Matrisin yüksek mukavemetli olması durumunda agreganın çekme mukavemeti öyle bir değer almalıdır ki dane matrisin çatlağı ortaya çıkmadan çatlasın. Bu durumda maksimum basınç kuvvetine erişilir (durum V). V. kırılma durumunun ortaya çıkması yüksek çekme mukavemetine sahip harcın seçilmesiyle olanaklıdır. Grübl, diğer bir çalışmasında [49] şunları eklemiştir; Sınır mukevemet (Şekil 2.6. da A noktası) olarak belirli bir mukavemet değerinin üstünde, hafif agregalı betonun basınç mukevemeti harç mukavemetinden az etkilenir. Sınır mukavemetinin altında ise her ikisinin (hafif beton ve harç) mukavemeti birbirine eşittir. Sınır mukavemet değeri ve sınır mukavemet değerinin üstündeki mukavemet artışı kullanılan agregaya bağlıdır. Hafif agregalı betonun ulaşabileceği en yüksek basınç mukavemeti (Şekil 2.6. da D noktası) sınır basınç mukavemetidir. 18

31 I II III IV V M atris K ırılm ası B ileşik K ırılm a Stabilite K ırılm ası D ane Sınır K ırılm ası m ukavem eti H afif beton m ukavem eti A B C D 45 M atris m ukavem eti Şekil 2.6. Hafif betonun kırılma durumlarının şematik gösterimi 2.4. Elastik Davranış Bazı araştırmacılara göre betonda matris fazı bir sıvı karakterine sahiptir. Bu görüş tamamen doğru olmasa dahi sertleşmiş çimento hamuru kuvvet altında doğal taş gibi, tamamen katı cisimlerden farklı bir şekilde deformasyon yapmaktadır. Bu durum sertleşmiş çimento hamurunun vizkos bir bünyeye sahip olduğunu göstermektedir. Çimentonun su ile yaptığı kimyasal reaksiyonun zamanla devam etmesinin bir sonucu olarak, bağlayıcı madde fazı sürekli bir gelişme halindedir [57]. Kökeni tamamen doğal olan kum, çakıl veya kırmataş taneleri ise kuvvet altında daha çok elastik deformasyon yaparlar. Böylelikle kuvvet altında reaksiyonları tamamen farklı olan iki fazın birleşmesinden meydana gelen betonun deformasyonu son derece karmaşık bir durum göstermektedir [57]. Lydon ve Baledran [44], betonun elastik davranışı üzerinde çalışmalar yapmışlar ve betonun elastik davranışını etkileyen en önemli faktörlerin; agreganın cinsi, betonun basınç mukavemeti, birim ağırlığı, yaşı ve numunenin saklama koşulları olduğunu belirtmişlerdir. 19

32 Neville [1], hafif betonların Poisson oranlarının normal betonun Poisson oranına yakın olduğunu fakat aynı mukavemetteki normal betonlara oranla hafif betonların elastisite modülünün 1/2 ila 3/4 oranında daha az olduğunu belirtmiştir. Aynı şekilde Taşdemir [16], hafif agrega kullanılarak normal betonun hafifletilmesiyle enaz Poisson oranının, en çok elastisite modülünün azaldığını göstermiştir. Gjorv ve Zhang [41], elastisite modülüne etkiyen en önemli faktörün agreganın rijitliği ve agrega miktarı olduğunu belirtmekte ve ayrıca agrega-çimento arası bağın önemini vurgulamaktadır. Moral [58] tarafından yapılan çalışmalarda elastisite modülü çimento hamurunun yapısından duyarsız çıkmıştır Elastik Olmayan Davranış Tek eksenli basınç altında betonun gerilme-şekil değiştirme eğrisi başlangıçta lineer bir kısım ile bunu izleyen ve lineer olmayan ikinci kısımdan oluşmaktadır. Lineer kısım küçük olup kırılma yükünün yaklaşık %30 una kadardır. Betonun lineer olmayan şekil değiştirmeleri ise daha fazladır ve bu kısım projelendirme bakımından önemlidir. Yük uygulanmamış betonda iri agrega ile harç fazları arasında, çimento hamurunun yapmış olduğu rötre dolayısıyla oluşan mikroçatlaklar vardır [59]. Betona yük uygulaması sürdürülürse belirli bir gerilme değerine varıldığında bu mikroçatlaklar uzamaya başlar. Bu gerilme düzeyine kadar yaklaşık sabit kalan veya azalan Poisson oranı, bundan sonra belirgin bir artma gösterir. Bu gerilme değerine süreksizlik sınırı adı verilir. Gerilme uygulamasına devam edilirse mikroçatlaklar artmaya başlar, beton içinde sürekli mikroçatlak ağı oluşur. Gerilmenin belirli bir değerine kadar küçülen numune hacminin, bundan sonra artma yönünde değiştiği görülür. Gerilmenin bu değerine de çözülme sınırı denilmektedir. Bu gerilme değerinin altındaki bir düzeye kadar yük uygulanır ve bu yük sabit tutulursa meydana gelmiş çatlaklarda ilerleme olmaz. Buna karşılık çözülme sınırına varmış bir betonun üstündeki yük tutulmaya devam edilirse, 20

33 çatlaklar zamanla kendiliğinden ilerler ve sonunda beton mukavemetini tamamen yitirir. Bu bakımdan çözülme sınırına gerçek basınç mukavemeti de denilir. Çözülme sınırının belirginliği, sertleşmiş çimento hamurunda veya agregada görülmez. Bu tipik davranış betonun kompozit niteliğine bağlıdır. Normal betonlarda genellikle agrega matrisden daha dayanıklıdır. Betona çekme gerilmesi uygulandığında çatlaklar ya matris içinden ya da matris-agrega arayüzeyinden yayılacaklardır. Çatlaklar ilerlerken agrega tarafından tutulabilir. Ayrıca çatlakların agrega etrafından dolaşması ve çatallaşması bir miktar enerjinin sönümlenmesine yol açacaktır. Hafif betonlarda ise çatlak yayılması agrega içinden başlayacak ve bu olay ani göçmeye sebep olacaktır. Bu yüzden hafif betonlar, normal betonlara göre biraz daha gevrek kırılırlar [41]. Oktar [60], çimento hamurunun hamurunun daha az boşluklu bir yapıya sahip olmasıyla beton ve harçlarda ani kırılma eğiliminin ortaya çıkabileceğini saptamıştır. Süreksizlik sınırı, çözülme sınırı ve basınç mukavemeti üzerinde en önemli işleve bağlayıcı hamurun yapısının sahip olduğu, granülometrinin etkisinin bunun yanında küçük kaldığını belirlemiştir. Basınç mukavemetindeki boyuna kısalma üzerinde ise agrega granülometrisinin hamur yapısından daha önemli bir etkiye sahip olduğunu bulmuştur. Agrega granülometrisinin inceldikçe, inelastik bölgede meydana gelen şekil değiştirmelerin arttığını saptamıştır. Bağlayıcı hamurun kompasitesinin artmasının, süreksizlik sınırı, çözülme sınırı ve basınç mukavemetindeki boyuna kısalmayı arttırdığı belirlenmiştir. Şehitoğlu [42], yaptığı çalışmada normal betonların tümünde, agrega konsantrasyonu arttıkça süreksizlik sınırı, çözülme sınırı, basınç mukavemetinin arttığını, hafif betonlarda ise azaldığını saptamıştır. Arda [43], yüksek mukavemetli betonlarda agrega konsantrasyonunun artmasıyla basınç dayanımının arttığını ve yüksek dayanımlı betonlarda normal dayanımlı betonlara oranla kırılmaların gevrekleşmekte olduğunu göstermiştir. Moral [58], süreksizlik sınırı, çözülme sınırı ve basınç mukavemeti uygun granülometri bölgesinde bağlayıcı hamur yapısına duyarlı, buna karşılık daha ince granülometrilerde her üç elastik olmayan özeliğinde hamur yapısından duyarsız olduğunu ortaya koymuştur. 21

34 2.6. Hafif Betonların - eğrileri Hafif betonların gerilme-şekil değiştirme eğrileri normal betonlarınkine benzerlik göstermesine karşın, başlangıçta yatay eksene doğru olan eğrilme daha azdır. Deneyler, hafif agregalı normal betonda gerilme-şekil değiştirme eğrisinin inen kısmının daha hızlı ve ani iniş ortaya koyduğunu göstermiştir. Yine, hafif betonların gerilme şekil değiştirme eğrileri fazla eğrilik yapmamakta; göçme de eğim yapmaksızın oluşmaktadır. Burada göçme, matrisin göçmesi şeklinde gerçekleşmektedir. Hafif betonların gerilme şekil değiştirme eğrisi sertleşmiş çimento hamurununkine benzerlik göstermektedir ve çok sayıdaki mikro çatlaklar eğimi azaltmaktadır [25]. Mikro çatlama mekanizmasında beton, agrega ve harçtan ibaret iki fazlı bir malzeme olarak düşünülür. Betonda artan yük durumunda çatlama genellikle harç ve agrega arasındaki ara kesitlerde ilk olarak yer alır. Bunlar basit bağ çatlaklarıdır. Bağ çatlakları arasında harç çatlaklarına doğru ilerleme olur. Ve son olarak kompleks birleşik çatlakların oluşumu göçmeye öncülük eder. Bağ çatlakları bileşik çatlakların içinde gelişmezler ve yük artmadıkça kırılmaya öncülük etmezler. Birleşik çatlaklar veya en azından onların bazı tipleri sabit kalmayıp artarlar ve sabit yük altında göçmeye öncülük ederler. Betonda mikro çatlamayla ilgili çatlaklar üç tipte gruplandırılabilir [26] : a) Bağ çatlakları b) Harç çatlakları c) Agrega içi çatlakları Basit bir çatlak, herhangi bir diğer çatlağa bağlanmamış herhangi bir tipte tek bir çatlaktır. Birleşik bir çatlak ise, birbirine bağlı (örneğin birleşik bağ ve harç çatlakları) iki veya daha fazla çatlağı ifade eder. Basit ve birleşik çatlaklar içerisinde mikro çatlakların ayrılması, mikro çatlamanın iki farklı fazı arasında bir ayırım oluşturur. Bu durum aynı zamanda betonun kırılmasına öncülük eden birleşik çatlakların gelişmesidir. Bu çatlaklar yüksek gerilme ve şekil değiştirme seviyesinde oluşur. Ayrıca, çatlak gelişmesinin stabilitesi ve büyüklüğünü ifade etmek amacıyla birleşik çatlaklar kendi aralarında tiplere ayrılmışlardır. Örneğin Tip 1 birleşik çatlağı; bir bağ çatlağı veya bir harç çatlağının kombinasyonundan yada bir harç çatlağı tarafından iki bağ çatlağının bağlanmasından ibarettir. Tip 2 birleşik çatlağı 22

35 ise en az iki bağ çatlağı ve iki harç çatlağının birleşmesinden ibarettir. Bağ çatlakları yine enaz bir harç çatlağı tarafından bağlanmışlardır. Göçme mekanizmasını birleşik çatlakların oluşturmasına karşın; düşük mukavemetli betonlarda basit çatlaklar, mikroçatlamanın aşamalarını belirtmektedir. Yüksek mukavemetli betonlarda, yani birleşik çatlakların hakim olduğu davranışta durum böyle değildir. Bunun nedeni, düşük mukavemetli betonlarda en dayanıksız bağın hemen hemen yalnız agrega harç yüzeyi üzerine yer alması ve ilerleyen çatlama mekanizmasının bağ çatlakları arasında köprü kuran harç çatlaklarından meydana gelmesidir. Betonun gerilme şekil değiştirme eğrisi, aynı su/çimento oranındaki harç veya çimento hamuruna göre daha fazla bir eğriliğe sahiptir. Gerilme şekil değiştirme eğrisindeki bu eğrilik agrega ile harç (veya çimento hamuru) temas yüzeyinde oluşan ve mekanizması yukarıda açıklanan mikroçatlamalardan kaynaklanır. Gerilme şekil değiştirme eğrisinin biçimine; agrega içeriği yükleme hızı ve mikroçatlama süreci gibi faktörler önemli derecede etki ederler. Bir araştırmada; agrega ile harç temas yüzeyinde oluşan mikroçatlakların betonun iç yapısında yük uygulanmadan önce var olması ve çok düşük gerilmelerden itibaren sayıca artmaya ve ilerlemeye başlaması, betonun gerilme şekil değiştirme eğrisini ve kırılma davranışını önemli derecede etkileyeceği belirtilmiştir [27]. Hafif betonların gerilme şekil değiştirme eğrilerini inceleyen bir başka araştırmada şu sonuçlar çıkmıştır [28]. Agrega ve matrisin rijitlikleri nedeni ile bu iki bileşende farklı gerilme yayılışları oluşur. İç çatlakların gelişme hızı ise agrega ile matrisin rijitlikleri arasındaki farkla ilgilidir. Agrega rijitliği matris rijitliğine yaklaştıkça gerilme şekil değiştirme eğrisinin rijitliği azalır. Yüksek mukavemetli normal betonlarla, hafif betonların gerilme şekil değiştirme eğrileri düz bir doğruya daha yakındır. Deney sonuçlarından, hafif betonun tek eksenli basınç altında en yüksek gerilme noktasından sonra ani bir inişle çok gevrek biçimde kırıldığı görülmektedir. Bu bir bakıma yükün çok hızlı boşaldığını ifade etmektedir. Sonuç olarak; birçok araştırmacının belirttiği gibi, hafif betonda gerilme şekil değiştirme eğrisi çok kavisli bir eğri değildir. Böylece, en hafif betondan normal 23

36 betona doğru yaklaşıldıkça gerilme şekil değiştirme eğrisinin altında kalan alanın (Bağıl tokluk) artması doğal kabul edilir. Özellikle efektif su/çimento oranı 0,40 değerinden küçük olan taşıyıcı hafif betonlarda gerilme şekil değiştirme eğrisinin bir ikinci derece parabolü gibi varsayılamacağı belirgin olarak gösterilmiştir Hafif Betonların Diğer Özelikleri ve Etkileyen Faktörler Depreme Dayanıklılık Taşdemir [61], hafif betonun bir türü olan gazbetonlar üzerine yaptığı bir çalışmada gazbetonun depreme dayanıklı yapı üretiminde uzun yıllardır deprem etkisindeki yörelerde kullanılmakta olduğunu belirtmiştir. Hafif betonun bir türü olan gazbeton betonarme yapıda blok halinde ara bölme duvarları olarak kullanıldığı gibi donatılı döşeme ve çatı plakları ve donatılı düşey paneller halinde de kullanılır. Genel olarak bölme duvarları gazbeton ile yapılmış yapıların depreme karşı iyi direnç gösterdiği bilinmektedir. Bu malzeme ile yapılan bölme duvarı ne yatay ne de düşey yük taşıyıcı eleman olarak tasarlanır. Ancak, yapının taşıyıcı sisteminin deprem davranışına katkısı vardır. Deprem hareketinin başlangıç aşamasında gazbeton duvar elemanları yatay yüklerin alınmasına oluşturdukları yapısal rijitlikle katkı sağlar ve geçici bir süre için deprem sırasında düşey yükleri de taşıyabilir. Bu hafif betonun kullanıldığı yapılarda daha üniform gerilme yayılışları elde edilir ve daha iyi bir deformasyon uyumu sağlanır. Aynı amaç için kullanılan birçok malzemeye göre gazbetonun düşük birim ağırlığa sahip olması yapının toplam ağırlığının azalmasına katkı sağlar ve böylece yapının toplam kütlesini düşürerek deprem sırasında oluşan eylemsizlik kuvvetlerini azaltır. Tuğla duvarlarla yapılan yapılarda eşdeğer bir yalıtım sağlamak için sandöviç elemanlar kullanılır, ancak orta şiddette ve üstündeki depremler sırasında bu dış duvarlar yıkılabilir; bu da hasarı arttırır. Bölme duvardaki devrilmeyi önlemek için hatıllar kullanılabilir,böyle bir önlem ise ısı köprülerinin oluşmasına neden olur. Gazbeton blokların arayüzeylerinde kullanılan yapıştırıcı harcın iyi bir dayanım sağlaması nedeniyle üniform yük dağılımları elde edilir. Bu durumda gazbeton kayma rijitliğini diğer malzemelerle yapılan duvarlara göre daha uzun süre koruyarak depremin şiddetli yer hareketi fazına girmesinde yapıya ek dayanım sağlama olasılığı 24

37 vardır. Deprem tasarım kuvvetinin global olarak azalması donatıda da azalmayı sağlar, böylece gazbetonla daha ekonomik çözüm elde edilir. Endüstriyel yapılarda gazbeton panellerin kullanılmasıyla sismik yükler altında yapının düğüm noktaları daha az zorlanır ve depreme karşı uygun çözüm sağlanır Su Emme Miktarı Hafif betonun, normal betona göre %12 - %22 oranında daha fazla su emdiği görülmüştür Donmaya Dayanıklılık Hafif agrega içindeki boşluklar su ile dolu olmamak koşuluyla, yani betonun tam kuru olması halinde donmaya dayanıklılık bakımından, hava sürüklenmiş bir betondaki gibi faydalı olduğu hava katkılı hafif betonların donmaya karşı normal betonlara göre daha fazla veya eşit dayanma gösterdiği, genel olarak çimento oranının artması ve toplam su oranının azalmasının betonun bu özeliğini iyileştirdiği belirtilmektedir [18] Isıl Genleşme Hafif agregaların ısıl genleşme katsayısı daha düşük olduğu için hafif betonda ısıl genleşme katsayısı agrega çeşidine ve katılan doğal kum miktarına bağlı olarak normal betonun yaklaşık 80% i kadar olup t = 8 x 10 6 ~ 10 x 10 6 (m/m o C) arasında değiştiği kaydedilmektedir [8] Isı Yalıtımı Hafif betonun ısı yalıtımının normal betona kıyasla, hafif beton birim ağırlıklarına ve hafif beton yapımında kullanılan hafif agrega cinslerine bağlı olarak önemli ölçüde değişmektedir. Şekil 2.1 de TS 825 [18] de verilen normal ve hafif betonlara ait ısı iletkenlik katsayıları verilmiştir. 25

38 Tablo 2.1. Normal betona ve çeşitli hafif betonlara ait ısı iletkenlik katsayıları Malzemenin veya bileşenin çeşidi Birim Ağırlık kg/m 3 Isı İletkenlik Katsayısı W/mK Normal beton, (TS 500 e uygun), doğal agrega veya mıcır kullanılarak yapılmış betonlar (Donatılı) Normal beton, (TS 500 e uygun), doğal agrega veya mıcır kullanılarak yapılmış betonlar (Donatısız) Gözenekli hafif agregalar kullanılarak ve kuvars kumu katılmaksızın yapılmış betonlar (TS 1114'e uygun agregalarla ) Yalnız genleştirilmiş perlit kullanılarak ve kuvars kumu katılmaksızın yapılmış betonlar (TS 3649'a uygun ) Gözeneksiz agregalar kullanılarak yapılmış betonlar Gözenekli hafif agregalar kullanılarak kuvartz kumu katılmadan yapılmış betonlar Yalnız doğal bims kullanılarak ve kuvars kumu katılmadan yapılmış betonlar (TS 3234'e uygun) (TS 2823'e uygun yapı elemanları dahil) Ahşap testere veya plânya talaşı betonu Çeltik kapçığı betonu Buharla sertleştirilmiş gaz betonlar (TS 453'e uygun yapı elemanları dahil)

39 Yangına Dayanıklılık Hafif beton yapılarının yangına dayanıklılığı, ısı yalıtımının daha fazla ve ısıl genleşmelerin daha az olması nedeniyle normal betonunkinden daha iyidir. Belirli bir yangın yüküne dayanma süresi normal betonunkine göre %20 ~ %30 daha uzun olmaktadır [19]. Taşdemir [61], hafif betonun bir türü olan gazbetonlar üzerine yaptığı bir çalışmada gazbetonun yanmayan bir yapı malzemesi olup yangına karşı üstün bir performansa sahip olduğunu belirtmiştir. Düşük ısıl iletkenliği nedeniyle malzeme içindeki ısı geçişi düşük hızda oluşur ve bu da gazbetonun yangın etkisine dayanıklı olmasını sağlar. Sadece yangının etkili olduğu gazbeton yüzeyi değil, diğer yüzeyinde de sıcaklık normal betona göre daha düşüktür. Bundan dolayı, gazbetonun yapılarda diğer malzemeleri koruma işlevi de vardır.ayrıca bu hafif beton deprem sırasında oluşması muhtemel yangınlara karşı da yarar sağlar. Yangın sırasında gazbeton içinde mevcut kristal suyu sıcaklık düşürücü rol oynar. Gazbetonun boşluklu yapısı nedeniyle yangın sonucu parça kopmaksızın ve dağılma olmaksızın buharın kaçışı sağlanır. Yangında gazbetonda sıcaklık normal betonunkinden çok daha düşüktür. Sıcaklık, sadece yangın etkisindeki bir yüzde ve yaklaşık olarak ancak 5mm lik bir derinlikte etkili olabilmekte, gazbetonu diğer yüzeyinde ise sıcaklık etkili olamamaktadır. Dolayısıyla gazbeton, içindeki donatıyı iyi bir biçimde korumaktadır. Tablo 2.2 de görüldüğü gibi söz konusu yangın etkisindeki bir donatılı gazbeton panelin içindeki donatı çeliğinin özeliklerinde de bir değişiklik olmamış ve gazbeton donatısını korumuştur. Öte yandan gazbeton çelik yapıları da koruyucu bir malzeme olarak kullanılmaktadır yılında Atatürk Kültür Merkezi yangınında birçok metali eriten yangının alevleri gazbetonla yapılan yangın kalkan duvarını aşamadı. Sonuçta, çok değerli aletler ve enstrümanlar gazbeton sayesinde korunmuş oldu. 27

40 Tablo 2.2. Yangın görmüş donatılı gazbeton panel içindeki donatıların mekanik özelikleri ve standard değerlerle karşılaştırılması Donatının mekanik özelikleri Donatını çapı, mm 4,2 3,8 TS 708 standardının öngördüğü değerler Akma sınırı, MPa Çekme dayanımı, MPa Kopma uzama oranı, % 9,8 10 8,0 Yüksek dayanımlı betonların üç önemli sakıncası vardır; i) erken yaşta oluşan otojen rötre, ii) kırılmaları sırasında gevrek davranış sergilemeleri, iii) yangına karşı normal betona kıyasla daha dayanıksız olmaları. Bu sonuncusu yüksek dayanımlı betonların en önemli sakıncalarından biridir. Bu sakıncayı gidermek için yüksek dayanımlı betonlara polipropilen lifler katılmaktadır. Bu lifler yaklaşık 180 o C de erimekte ve böylece yangın sırasında beton içinde su buharının tahliye olabileceği kanallar yaratılmaktadır. Bu da gazbetonun yangına karşı önemini belirgin biçimde ortaya koymaktadır Ses Emme Hafif betonun ses emme özeliği havadaki ses enerjisinin betonun çok küçük kanallarında ısıya dönüştürülmesi nedeniyle iyi olduğu belirlenmiş, dolayısıyla ses emme katsayısının normal betona oranla yaklaşık iki kat fazla olduğu belirtilmiştir. Betonun birim ağırlığı azaldıkça ses yutuculuğu iyileşmektedir [1] Hafif Beton Basınç Mukavemetinin Tahmin Edilmesi ile İlgili Çalışmalar Hafif agregalı betonda, ilk çatlak agreganın tepesinde başlar ve sonra radyal olarak agreganın içinden geçer. Agreganın düşük çekme mukavemetine sahip olması, dane çatlaklarının erken oluşmasına neden olur, ayrıca çatlakların başlamasında bağ çatlakları da etken olur. Bu düşünceye dayanarak Sasse [20] hafif betonlar ile normal 28

41 betonların basınç mukavemetinin tahmin edilebileceğini belirtmiş ve bir formül teklif etmiştir. Basınç mukavemetini tahmin etmek amacıyla başka bir bağıntı da Schütz tarafından kurulmuştur. Bu bağıntı harç agrega sınır mukavemetinin üstündeki mukavemetleri belirten deney sonuçlarına dayanmaktadır [21]. Hafif agregalı taşıyıcı betonların mukavemetlerini tahmin etmek amacıyla Bache [22, 23] da bir bağıntı ileri sürmüştür. Bache ın verdiği denklemde hafif beton basınç mukavemeti, hafif agrega hacmine, agrega mukavemetine ve harç mukavemetine bağlıdır. Schmidt-Hurtienne [24], bileşenlerin özelliklerinden hafif betonların basınç mukavemetlerini hesaplamak için iki fazlı bir modelden yararlanmıştır. Araştırmacı betonun çok sayıda iki fazlı sistemlerin bir kombinezonu olduğu varsayımını kullanmıştır. Çimento hamuruna en ince agrega grubunun ilavesiyle bir iki fazlı sistem oluşmakta, bu sürekli faz olarak alınıp, biraz daha iri agrega bölümünün eklenmesiyle yeni bir iki fazlı sistem elde edilmektedir Hafif Betonlar Üzerinde Yapılmış Bazı Araştırmalar K.D. Schmidt, Hurtienne [24], fazların özelikleri bilinirken hafif betonların basınç mukavemetlerinin elde edilebilmesine çalışmışlar, iki fazlı model üzerinde teorik olarak buldukları sonuçları deneysel yolla gerçeklemişlerdir. Czuryszhievicz [62], hafif agrega dane biçiminin hafif beton basınç mukavemetinde etkili olduğunu, yassı ve uzun agregaların basınç mukavemetinin düşmesine sebep olduğunu gözlemiştir. Shütz [63], farklı hafif agregalar üzerinde hafif betonun nihai dayanımı üzerine yaptığı çalışmalarda, matris mukavemetinin artmasının hafif betonun nihai dayanımına etkisinin az olduğunu, hafif agrega çekme mukavemetinin artmasının ise hafif beton mukavemetini arttıracağı sonucuna varmıştır. Weshe [21], hafif agregalı betonların elastiklik modüllerinin normal betonunkilere nazaran çok düşük olduğunu, hafif agreganın tipi, betonun birim ağırlığı ve basınç 29

42 mukavemetine göre hafif betonların elastiklik modüllerinin N/mm 2 gibi geniş bir aralıkta değiştiğini belirtmiştir. Pauw [64], hafif betonlarda elastiklik modülünün hesabında betonun birim ağırlığı ve basınç mukavemetinin ikisinin birden etkisini içeren bir bağıntı vermiştir. Atan [65], betonu iki fazlı malzeme olarak değerlendirerek, hafif betonların tek eksenli yükleme halindeki davranışlarına agrega ve harç fazının etkilerini araştırmıştır. Atan [66] bir diğer çalışmasında iki fazlı kompozit modellerle ilgili olarak tuğla kırığı hafif agregası ile elde ettiği betonlara kompozit modellerini uygulamıştır. Taşdemir [16], normal betonun agrega granülometrisinin çeşitli bölümlerini hafif agregalarla değiştirerek karışımların elastisite modüllerinin modeller yardımı ile hesaplanabileceğini, aynı birim ağırlık için ortalama hafif agrega boyutu arttıkça, basınç mukavemetinin azaldığını göstermiştir. Aynı şekilde normal agrega ile değiştirilen hafif agreganın boyutu arttıkça hafif beton gevrek kırılmakta, tokluğu azalmakta, nihai basınç birim kısalması yine azalma göstermektedir. Böylece aynı bir sürekli granülometriye ve birim ağırlığa sahip betonlar içinde ince bölümü hafif agrega olan betonlar mekanik özelikler bakımından daha iyi sonuç vermektedir. İhtiyaroğlu [67], ponza taşı, tüf ve volkanik cüruf agregaları ile üretilen hafif beton blokların duvar elemanı olarak özeliklerinin saptanması üzerinde yaptığı çalışmalarda malzeme olarak Kayseri-Develi bölgesi ponza taşlarını, Kayseri Himmetdede andezit tüflerini ve Manisa Salihli bazalt cüruflarını kullanmış, sonuçta, genel olarak hafif agregalı betonlarda istenilen işlenebilme özeliğinin elde edilebilmesi için normal betona göre daha fazla ince malzeme konması gerektiğini, hafif agregalı betonlar ile bunlarla üretilen blokların normal betona göre daha fazla ısıl direnci, ses izolasyonu, yangına karşı daha iyi bir dayanım ve düşük özağırlık özeliklerine sahip olduğunu, hafif agregalı beton blokların daha fazla rötre yapmalarına karşılık düşük elastisite modüllerinin uzama miktarını düşürmesiyle rötre fazlalığının telafi edildiğini ve rötre çatlaklarının böylece önleneceğini göstermiştir. İhtiyaroğlu nun kullandığı hafif betonların birim ağırlıkları kg/m 3, basınç mukavemetleri ise N/mm 2 arasında değişmiştir. 30

43 Turgutalp [68], Sarıkamış yöresi doğal hafif agregasıyla (ponza taşı) üretilen betonların tarımsal yapılarda kullanılabilme olanakları üzerinde çalışmıştır. Üretilen hafif betonların tarımsal yapılarda kullanılan taş, kerpiç, tuğla ve briket gibi malzemelere oranla daha hafif olduğunu, basınç dayanımlarının bazılarının basınç dayanımlarından daha yüksek olduğunu, ısı iletkenliklerinin ise daha düşük olması nedeniyle iyi bir ısı yalıtımı sağlanabileceğini, hafif beton kullanımının yapım kolaylığı sağlayabileceğini ve yapı maliyetinin düşebileceğini belirtmiştir. Turgutalp in ürettiği betonların birim ağırlıkları kg/m 3, basınç mukavemetleri ise N/mm 2 arasında değişmiştir. Erciyes [69], ponza taşı ve ponza taşından yapılmış hafif beton üzerinde yaptığı araştırmada ponzanın don tesirlerine karşı mukavemetinin düşük olduğunu, ponzanın içinde eser miktarda SO 2 ile %4.99 oranında yanabilen maddenin bulunduğunu belirtmiştir. Bu betonların ölü ağırlığın azaltılması istendiği yerlerde dolgu betonu olarak, ısı yalıtımının önemli olduğu teras, çatı, sanayi tesisleri, fabrikalar ve soğuk hava depolarında kullanılabileceğini belirterek birim ağırlıkları kg/m 3, basınç mukavemetleri ise N/mm 2 arasında değişen hafif betonlar üretmiştir. Sükan ve Ermutlu [70], Türkiye nin değişik yerlerinden doğal hafif agregalar alarak bunlarla hafif betonlar üretmişlerdir. Bu doğal hafif agregaların jeolojik etüdlerini yapmışlar, ürettikleri hafif betonlara ait mekanik özelikler ile bazı beton karakteristiklerini saptamışlardır. Çeşitli hafif agregalarla yapılmış betonların basınç dayanımları ve birim ağırlıkları Tablo 2.3 de verilmektedir. Bu tablodan da görüldüğü gibi ponza taşı betonunun birim ağırlığını 700 veya 800 kg/m 3 ün altına düşürmek oldukça güçtür. Çünkü kuru iken su üzerinde yüzebilen ponza taşı hafif agregalarının kuru birim hacim ağırlıkları kg/m 3 arasında değişmektedir. Böylece ponza taşı betonunun birim ağırlığını 800 kg/m 3 ün altına düşürmek için yaklaşık %17 oranında hava sürüklemek gerekmektedir. Bu da maliyeti büyük ölçüde arttıracaktır. Böyle bir uygulama da şu anda yapılmamaktadır. Yukarıda verilen şekillerin ve tabloların incelenmesinden görüldüğü üzere ponza taşı betonu orta dayanımlı beton sınıfındadır. Bu betonların ısıl iletkenlik katsayıları ise birim ağırlıklarına bağlı olarak W/mK aralığında değişmektedir [69]. 31

44 Tablo 2.3. Farklı hafif betonların özelikleri Hafif Betonun Türü Gaz ve köpük beton Kısmen Sıkıştırılmış Kumsuz beton Taşıyıcı hafif Agregalı beton Agreganın türü Agreganın birim hacim ağırlığı (kg/m 3 ) 28.günde beton basınç dayanımı (MPa) Betonun birim ağırlığı (kg/m 3 ) ,4-4, Genişletilmiş vermikülit ve perlit ,5-3, Ponza taşı ,4-3, Genişletilmiş cüruf Sinterlenmiş uçucu kül Genişletilmiş kil veya şist ,4-5, ,8-6, ,5-8, Klinker ,1-6, Doğal agrega ,1-13, Hafif agrega ,6-6, Genişletilmiş cüruf Sinterlenmiş uçucu kül Genişletilmişkil ve şist ,3-41, ,8-41, ,8-41, Tablo 2.4 de perlit, stropor ve ponza taşı betonlarıyla gaz betonun mekanik özelikleri karşılaştırılmaktadır. Gaz beton dışındakilerin söz konusu tablodaki mekanik özelikler üretimi izleyen 56. günde belirlendi. Tablo 2.4. Hafif betonların mekanik özelliklerinin karşılaştırılması [74] Hafif Beton türü Elastisite Modülü MPa Basınç Dayanımı MPa Hava Kurusu Birim Ağırlık (kg/m 3 ) Fırın kurusu Birim ağırlık (kg/cm 3 ) Ortalama Rutubet İçeriği (%) Perlit , ,2 Stropor , ,9 Ponza taşı , ,6 Gazbeton , ,0 32

45 3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR 3.1. Kullanılan Malzemeler Agregalar Kum Beton üretiminde en büyük tane boyutu 2 mm. olan Podima kumu kullanıldı. Bu kum üzerinde yapılan granülometri, özgül ağırlık, gevşek birim ağırlık, deney sonuçları Tablo 3.1 de verilmektedir. Granülometrik bileşim TS 706 [29] daki elek takımına göre belirlenmektedir. Tablo 3.1. Kumun Özelikleri Kumun Kökeni Elek Boyutu (mm) Elekten Geçen % Özgül Ağırlık (kg/m 3 ) Gevşek Birim.Ağırlık (kg/m 3 ) Podima Kumu Kum üzerinde TS 3673 [30]e uygun olarak yapılan deney sonucunda kumda organik madde bulunmadığı, TS 3527 [31] e uygun olarak yapılan deney sonucunda ise ağırlıkça %0.5 oranında çamurlu madde bulunduğu saptandı Kırmataş İstanbul Cebeci yöresinden sağlanan kalker esaslı Kırmataş I kullanıldı. Bu agreganın en büyük tane boyutu 16 mm.dir. Kırmataş I in grnülometri bileşimi, özgül ağırlık ve birim ağırlığı Tablo 3.2. de verilmektedir. 33

46 Tablo 3.2. Kırmataş I in Özelikleri Elek Göz Boyutu (mm) Elekten Geçen % Özgül Ağırlık (kg/m 3 ) Gevşek Birim Ağırlık (kg/m 3 ) Kırmataş I Ponza Taşı Nevşehir yöresinden temin edilen ponza taşı hafif agregaları elenerek 2-16 mm. lik aralığa getirildi. Bunlar suda yüzdürülerek batan daneler ayıklandı, yüzenler ise oda sıcaklığında kurutularak beton üretiminde kullanıldı. Tablo 3.3 de verilen deney sonuçları su üstünde yüzen hafif agregalara ilişkin değerlerdir. Tablo 3.3. Ponza Taşı nın Granülometrisi Ponza Taşı nın Kökeni Elek Boyutu (mm) Elekten Geçen % Nevşehir Özgül Ağırlık Ponza taşı öğütülüp toz haline getirilerek 90 luk elekten elendi ve 105 C de sabit ağırlığa kadar kurutuldu. Sıvısı benzin olan piknometre ile yapılan üç ölçümün sonucu olarak özgül ağırlık 2400 kg/m 3 olarak bulundu. Birim Hacim Ağırlık 2-16 mm. arası ponza agregasının birim ağırlık ve gevşek birim ağırlık değerleri Tablo 3.4 de verilmektedir. 34

47 Tablo 3.4 Ponza Taşı Birim Ağırlıkları Hafif Agrega Tane Boyutu (mm) Tane Birim Hacim Ağırlığı Hava Kurusuna Göre (kg/m 3 ) Gevşek Birim Ağırlık (kg/m 3 ) Su Emme Ponza taşı hafif agregalarının 30 dakika süresindeki su emme yüzdeleri hava kurusu durumdaki ağırlıklarına göre hesaplanarak Tablo 3.5 de verilmektedir. Tablo 3.5 Ponza Taşı Hafif Agregalarının Su Emme Değerleri Hafif Agrega Bölümü (mm) Su Emme (%) 30 Dakika Çimento Özelikleri Tüm deneylerde PÇ 42.5 cinsi Portland çimentosu kullanıldı. Sıvısı benzin olan piknometre ile yapılan üç ölçümün sonucu özgül ağırlık 3125 kg/m 3 olarak bulundu Fiziksel Özelikler Blaine özgül yüzeyi (cm 2 /g) : luk elekte kalan % : luk elekte kalan % : 0.21 Özgül ağırlık (kg/m 3 ) : 3125 Priz başlangıcı : 1 saat 45 dakika Priz sonu : 3 saat 45 dakika 35

48 Kimyasal Özelikler SiO 2 (çözünen) : % SiO 2 (çözünmeyen) : % 0.31 Al 2 O 3 : % 5.94 Fe 2 O 3 : % 3.49 CaO : % MgO : % 1.29 SO 3 : % 2.48 Kızdırma kaybı : % 1.39 Ölçülemeyen : %0.81 Karmaşık Bileşikler: C 3 S (trikalsiyum silikat) : % C 2 S (dikalsiyum silikat) : % C 3 A (trikalsiyum alüminat) : % 9.94 C 4 AF (tetrakalsiyum alüminoferrit) : % Kimyasal Katkılar Süperakışkanlaştırıcı Katkı Bu çalışmada su/çimento oranı düşük olduğundan işlenebilirliği sağlamak ve aynı zamanda ayrışmayı engellemek amacıyla beton karışımlarına çimento ağırlığının %1,5 i kadar süperakışkanlaştırıcı katkı maddesi eklendi. Katkının yoğunluğu 1000 kg/m 3 dür Hava Sürükleyici Katkı Birim ağırlığı düşürebilmek için bir seride çimento ağırlığının % 0,5 i kadar, üç seride ise çimento ağırlığının % 1,0 i oranında hava sürükleyici katkı maddesi kullanıldı. Katkının yoğunluğu 1000 kg/m 3 dür. 36

49 3.2. Beton Karışımları Kabul Edilen Esaslar Yapılan deneysel çalışmalarda nominal birim ağırlıkları kg/m 3 arasında değişen toplam 7 seri hafif ve yarı hafif beton üretildi. Etkin su / çimento oranı 0,43 olan bu karışımların hepsinde maksimum agrega tane boyutu sabit olup 16 mm. dir. Birim ağırlıkları 1900 kg/m 3, 1700 kg/m 3, 1500 kg/m 3, 1300 kg/m 3 ve 1100 kg/m 3 olan karışımlarda toplam agrega hacminin %30 u, birim ağırlığı 900 kg/m 3 olan karışımda toplam agrega hacminin %15 i oranında kum kullanıldı, birim ağırlığı 700 kg/m 3 olan karışımda ise hiç kum kullanılmadı. Bütün karışımlarda toplam agrega hacmi sabit tutuldu. Ayrıca bütün karışımlarda işlenebilirliği arttırmak ve ayrışmayı önlemek için çimento ağırlığının %1,5 i oranında süperakışkanlaştırıcı katkı maddesi kullanıldı. Birim ağırlığı 1300 kg/m 3 olan karışımda çimento ağırlığının %0,5 i oranında ve birim ağırlığı 1100 kg/m 3, 900 kg/m 3 ve 700 kg/m 3 karışımlarda ise çimento ağırlığının %1 i oranında hava sürükleyici katkı kullanıldı. Üretilen betonlar; YHB yarı hafif betonu, HB hafif betonu izleyen sayı ise t/m 3 cinsinden betonun birim ağırlığını gösterecek şekilde kodlandı. YHB1.9 : Etkin su/çimento oranı 0,43 olan, %35 ponza taşı, %30 kum ve %35 kırmataş içeren yarı hafif beton HB1.7 : Etkin su/çimento oranı 0,43 olan, %52.5 ponza taşı, %30 kum ve %17.5 kırmataş içeren hafif beton HB1.5 : Etkin su/çimento oranı 0,43 olan, %70 ponza taşı, %30 kum içeren hafif beton HB1.3 : Etkin su/çimento oranı 0,43 olan, %70 ponza taşı, %30 kum içeren hafif beton HB1.1 : Etkin su/çimento oranı 0,43 olan, %70 ponza taşı, %30 kum içeren hafif beton HB0.9 : Etkin su/çimento oranı 0,43 olan, %85 ponza taşı, %15 kum içeren hafif beton 37

50 HB0.7 : Etkin su/çimento oranı 0,43 olan, %100 ponza taşı içeren kumsuz hafif beton Bu karışımlarla her seride 15x30 cm. boyutlarında 6 şar adet silindir numune üretildi. Bu numunelerin 4 er tanesi basınç dayanımı ve elastisite modüllerinin bulunması için kullanıldı, 2 şer tanesinden kesilerek elde edilen 15x10 cm. boyutlarında 6 şar adet disk numune de yarma dayanımlarının bulunmasında kullanıldı. Ayrıca birim ağırlıkları 1300 kg/m 3, 1100 kg/m 3 ve 900 kg/m 3 olan karışımlarla 3 er adet 80x80 cm. boyutlarında ve 3 cm. kalınlığında numuneler üretildi ve bu numuneler üzerinde ısı yalıtım değerleri saptandı Bileşim Hesapları Beton bileşim hesapları mutlak hacim yöntemine göre yapıldı. Bütün bileşimlerde toplam agrega hacmi sabit olup 0,720 m 3 dür. YHB1.9, HB1.7, HB1.5, HB1.3, HB1.1 serilerinde toplam agrega hacminin %30 u, HB0.9 serisinde ise toplam agrega hacminin %15 i oranında kum kullanıldı. Agrega karışım oranları Tablo 3.6 da, karışımın granülometri eğrisi Şekil 3.1 de verilmektedir Tablo 3.6 Agrega Karışım Oranları Agrega Tipi ve Özelliği Karışımdaki Hacim Oranı % YHB1.9 HB1.7 HB1.5 HB1.3 HB1.1 HB0.9 HB0.7 Kum ( 0-2 mm. ) Ponza ( 2-16 mm. ) 35 52, Kırmataş 1 ( 2-16 mm. ) 35 17, Toplam Karışımda kullanılacak ponza taşlarının ağırlığının hesaplanmasında hava kurusu durumdaki tane birim hacim ağırlığı kullanıldı 38

51 Beton bileşim hesaplarında izlenen yol şöyle özetlenebilir; C : 1m 3 yerleşmiş betondaki çimentonun ağırlığı, kg W : 1m 3 yerleşmiş betondaki suyun hacmi, dm 3 c : Çimentonun özgül ağırlığı, kg/dm 3 ai : (i) agregasının birim hacim ağırlığı, kg/dm 3 P i : (i) agregasının karışım yüzdesi V a : Toplam agrega hacmi, dm 3 E / C : Etkin su/çimento oranı, (0,43) h : 1m 3 yerleşmiş betondaki hava hacmi, dm 3 G i : (i) agregasının ağırlığı, kg olduğuna göre C Va = 1000 ( + W + h ) [3.1] c W = 0,43 x C [3.2] G i = V a x P i x ai [3.3] formüllerinden beton bileşimleri hesaplandı Betonun Üretimi, Karıştırma, Yerleştirme ve Saklanması Betonlar düşey eksenli zorlamalı karıştırmalı 50 lt. kapasiteli küçük bir betonyer ile üretildi. Hafif agregalara üretiminden önce yarım saatlik bir ön su emdirme uygulandı. Böylelikle etkin su/çimento oranının istenilen değeri alması sağlandı. Her bir karışımdan 6 şar adet 15x30 cm lik silindir numuneler üretildi. Karışımlar ikişer tabaka halinde dökülüp 25 er kez şişlendi. Isı yalıtım deneyleri için HB0.9, HB1.1, HB1.3 serilerinden 3 er adet 80x80 cm. boyutunda ve 3 cm. kalınlığında numuneler üretildi. Karışımlar tek tabaka halinde dökülüp alüminyum mastar ile yüzeyleri düzgünleştirildi. Üretilen silindir şeklindeki numuneler 24 saat sonra kalıplardan çıkarılarak deney gününe kadar 22 3 C deki kirece doygun su içinde saklandı. 39

52 80x80x3 cm. boyutundaki numuneler üretiminden sonra üzerleri nemli bezle örtüldü. 48 saat sonra kalıplardan çıkarılan numuneler 28. güne kadar 20 3 C deki odada üzerleri nemli bezle örtülü halde saklandı. A -16 B -16 C -16 K A R IS IM E lekten Geçen, % E lek A çıklığı, m m Şekil 3.1 Beton Agregasının Granülometrik Bileşimi Üretilen betonların gerçek bileşimleri ve taze beton özelikleri Tablo3.7 de verilmektedir. 40

53 Tablo 3.7 Beton Karışımlarındaki Gerçek Malzeme Miktarları ve Taze Beton Özelikleri Beton Kodu YHB1.9 HB1.7 HB1.5 HB1.3 HB1.1 HB0.9 HB0.7 Çimento (kg) Su (kg) m 3 betondaki gerçek malzeme miktarları ve taze beton özelikleri Su/Çim. oranı Kum 0-2 mm. (kg) Hafif Agrega 2-16 mm. (kg) Ön Emdirme Suyu (kg) Kırmataş I No (kg) Süper Akışkanlaş tırıcı Katkı (kg) Hava Sürükleyici Katkı (kg) 0, ,2-0, ,1-0, ,1-0, ,4 1,5 0, ,9 2,6 0, ,5 2,4 0, ,1 2,1 Hava % 1,8 3,4 3,5 17,9 27,0 33,3 40,8 Taze Birim Ağırlık kg/m

54 3.3. Betonlara Uygulanan Deneyler Taze Beton Deneyleri Taze betonlar üzerinde yaş birim ağırlık deneyi yapıldı. Yaş birim ağırlığın bulunmasında darası 5.5 kg. olan 8 litre hacime sahip silindirik şekilli standart ölçü kabı kullanıldı. Taze beton ölçü kabına kıvama göre ya üç defada şişleme, ya da sarsma tablasında vibrasyona tabi tutularak dolduruldu. Sonra üst yüzü çelik mastarla düzeltildi. Kabın etrafı silindikten ve yapışan harç parçaları temizlendikten sonra terazide tartıldı Mekanik Deneyler Basınç Dayanımı Deneyi Bu çalışmada her seriye ait 4 adet silindir numuneye sabit hızlı kısa süreli tek eksenli basınç yükleri uygulandı. Basınç deney düzeneği Şekil 3.2 de görülmektedir. Şekil 3.2 Silindir Basınç Dayanımı ve Eksenel Şekil Değiştirme Deneyi Basınç deneyi için 500 ton kapasiteli Amsler marka pres kullanıldı. Eksenel şekil değiştirmeler 2,5 mm. kapasiteli transduser yardımıyla okundu. Boyuna doğrultudaki şekil değiştirmeler ile yükün okunması aynı anda yapıldı. Basınç deneyi 42

55 sonuçlarından basınç dayanımları elde edildi. Elastisite modülleri - eğrisinin 1/3 lük bölümünde lineer korelasyon yapılarak hesaplandı. Elde edilen 28 günlük basınç dayanımı ve elastisite modülü değerleri Tablo :3.8 de görülmektedir Yarma Dayanımı Deneyi Silindir numunelerden ikisi kesilerek üç eşit parçaya bölündü ve her seriye ait 6 şar adet 15x10 cm. boyutlarında disk numuneler elde edildi ve bu numuneler üzerinde kısa süreli yarma-çekme deneyleri yapıldı. Deney düzeneği Şekil 3.3 de görülmektedir. Şekil 3.3 Silindir Yarma Dayanımı Deneyi Elde edilen 28 günlük yarma dayanımı değerleri Tablo 3.8 de görülmektedir. Tablo 3.8 Sertleşmiş Beton Özelikleri Beton Kodları 28 Günlük Silindir Basınç Dayanımı (MPa) 28 Günlük Silindir Yarma Dayanımı (MPa) Elastisite Modülü (GPa) YHB 1.9 HB 1.7 HB 1.5 HB 1.3 HB 1.1 HB 0.9 HB ,7 14,1 11,4 11,1 5,2 2,4 1,4 2,77 2,62 2,43 1,67 0,96 0,59 0,41 19,5 13,9 11,6 7,1 5,8 3,1 1,6 43